FR2782173A1 - Three-dimensional imaging microscope for generating three-dimensional image of an object, applicable to biological and meteorological microscopy - Google Patents
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Abstract
Description
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Microscope générant une représentation tridimensionnelle d'un objet et images générées par ce microscope. l.Domaine technique:
La présente invention concerne un microscope générant une représentation en trois dimensions de l'objet observé, fonctionnant sur un principe dérivé de l'holographie numérique et des systèmes à ouverture synthétique. Microscope generating a three-dimensional representation of an object and images generated by this microscope. l.Technical area:
The present invention relates to a microscope generating a three-dimensional representation of the object observed, operating on a principle derived from digital holography and synthetic aperture systems.
2. Technique antérieure :
2. 1. Références [Curlander] : Synthetic aperture radar systems and signal processing, J.C. Curlander & R.N.McDonough, J.Wiley and Sons, New York 1995. 2. Prior art:
2. 1. References [Curlander]: Synthetic Aperture Radar Systems and Signal Processing, JC Curlander & RNMcDonough, J.Wiley and Sons, New York 1995.
[Hufnagel]: Restoration ofatmospherically degraded images, vol.II, 1967 (National academy of Science, Washington D. C.), pp. 239-246, cité dans [Goodman] p.33. [Hufnagel]: Restoration ofatmospherically degraded images, vol.II, 1967 (National Academy of Science, Washington D.C.), pp. 239-246, cited in [Goodman] p.33.
[Wolf): Three-dimensional structure détermination of semi-transparent objects from holographie data. [Wolf]: Three-dimensional structure determination of semi-transparent objects from holography data.
Emil Wolf, Optics communications volume 1 number 4 p.153, 1969 [Goodman] : SyntheticAperture Optics, Progress in Optics volume VIII, 1970, North Holland Publishing Company. Emil Wolf, Optics Communications Volume 1 number 4 p.153, 1969 [Goodman]: Synthetic Aperture Optics, Progress in Optics Volume VIII, 1970, North Holland Publishing Company.
[Turpin 1]: brevet US 5,384,573 [Turpin 2]: Theory of the SyntheticAperture Microscope, Terry Turpin, Leslie Gesell, Jeffrey Lapides, Craig Price, SPIE proceedings vol. 2566 p.230, 1995 [Turpin 3]: The SyntheticApertureMicroscope, Expérimental results, P. Woodford, T. Turpin, M. Rubin, J. Lapides, C. Price, SPIE proceedings vo1.2751 p. 230, 1996 [Lauer] :brevet WO 98/13715 [Kawata]: Optical microscope tomography. I. Support constraint , S.Kawata,O.Nakamura & S.Minami, Journal of the Optical Society of America A, vol.4, No.l, p.292, janvier 1987 [Noda] : Three-dimensional phase-contrast imaging by a computed-tomography microscope, Tomoya Noda, Satoshi Kawata & Shigeo Minami, Applied Optics vol.31no 5 p. 670, 10 février 1992
[Vishnyakov]:Interferometric computed-microtomography of 3D phase objects, Gennady N. Vishnyakov & Gennady G. Levin, SPIE proceedings vol.2984 p. 64
2. 2. Description de la technique antérieure. [Turpin 1]: US Patent 5,384,573 [Turpin 2]: Theory of the Synthetic Aperture Microscope, Terry Turpin, Leslie Gesell, Jeffrey Lapides, Craig Price, SPIE proceedings vol. 2566 p.230, 1995 [Turpin 3]: The Synthetic Aperture Microscope, Experimental results, P. Woodford, T. Turpin, M. Rubin, J. Lapides, C. Price, SPIE proceedings vo1.2751 p. 230, 1996 [Lauer]: Patent WO 98/13715 [Kawata]: Optical microscope tomography. I. Support constraint, S.Kawata, O.Nakamura & S.Minami, Journal of the Optical Society of America A, vol.4, No. 1, p.292, January 1987 [Noda]: Three-dimensional phase-contrast imaging by a computed tomography microscope, Tomoya Noda, Satoshi Kawata and Shigeo Minami, Applied Optics vol.31no 5 p. 670, February 10, 1992
[Vishnyakov]: Gennady N. Vishnyakov & G. Gennady G. Levin, SPErgraphical Proceedings, vol. 64
2. 2. Description of the prior art.
Un objet tridimensionnel faiblement diffractant peut être caractérisé par une représentation spatiale tridimensionnelle donnant en chaque point de l'espace un nombre complexe dont la partie réelle est caractéristique de l'absorptivité de l'objet et la partie imaginaire est caractéristique de l'indice de l'objet. A weakly diffracting three-dimensional object can be characterized by a three-dimensional spatial representation giving in each point of space a complex number whose real part is characteristic of the absorptivity of the object and the imaginary part is characteristic of the index of the 'object.
Une transformation de Fourier tridimensionnelle de cette représentation donne une représentation fréquentielle de l'objet. Si cette représentation fréquentielle présente une seule valeur non nulle, A three-dimensional Fourier transformation of this representation gives a frequency representation of the object. If this frequency representation has a single non-zero value,
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correspondant à une fréquence fo, alors lorsque l'objet est éclairé par l'onde de vecteur d'onde fe il
renvoie une onde de vecteur d'onde fe + fo . Un couple d'ondes (f,,, f,) constitué d'un vecteur d'onde émis et d'un vecteur d'onde reçu permet donc d'obtenir la composante de la représentation fréquentielle
tridimensionnelle de l'objet observé sur le vecteur fréquence fo = fc - fe . Les données obtenues par un système émetteur-récepteur émettant des ondes de vecteur d'onde fe vers l'objet et recevant des ondes de vecteur d'onde fc caractérisent donc une partie de la représentation fréquentielle de l'objet observé. corresponding to a frequency fo, so when the object is illuminated by the wave vector wave fe it
returns a wave vector wave fe + fo. A pair of waves (f ,,, f) consisting of an emitted wave vector and a received wave vector thus makes it possible to obtain the component of the frequency representation
three-dimensional object observed on the frequency vector fo = fc - fe. The data obtained by a transceiver system emitting wave vector waves fe to the object and receiving wave vector waves fc thus characterize a part of the frequency representation of the observed object.
Si l'émetteur et le récepteur sont fixes l'un par rapport à l'autre, cette partie de représentation fréquentielle est limitée d'une part par l'ouverture du récepteur et d'autre part par la trajectoire de l'ensemble émetteur-récepteur, ces facteurs limitant les valeurs utilisables de fe et fc. Cette limitation de la représentation fréquentielle se traduit en retour par une limitation de la résolution sur l'image spatiale pouvant en être déduite. If the transmitter and the receiver are fixed with respect to each other, this part of frequency representation is limited on the one hand by the opening of the receiver and on the other hand by the trajectory of the transmitter-receiver unit. receiver, these factors limiting the usable values of fe and fc. This limitation of the frequency representation is translated in return by a limitation of the resolution on the spatial image that can be deduced therefrom.
Ce principe physique est à la base du radar à ouverture synthétique, connu depuis la fin des années 50, et dont un historique est présenté dans [Curlander]. Les considérations exposées plus haut doivent cependant être adaptées au fait que dans le cas du radar, l'objet est une surface au sol. Le radar détermine une représentation de cette surface et non une représentation tridimensionnelle générale comme vu plus haut. Cependant, les principes de base et les limitations exposées plus haut restent valable. Un radar à ouverture synthétique comporte un émetteur qui dirige une onde cohérente vers l'objet, et un récepteur qui effectue une détection cohérente de l'onde provenant en retour de l'objet. L'émetteur et le récepteur sont en général fixes l'un par rapport à l'autre. L'ensemble émetteur-récepteur se déplace par rapport à l'objet observé, l'émetteur étant contrôlé pour viser en permanence une zone fixe de l'objet. A partir de l'onde cohérente reçue par l'ensemble émetteur-récepteur pour diverses positions de cet ensemble, une analyse numérique permet de générer une représentation de l'objet observé. Les données concernant les variations de position de l'ensemble émetteur-récepteur sont disponibles et sont utilisées pour corriger les variations du chemin parcouru par l'onde, qui induiraient en l'abscence de correction des déphasages rendant impossible la génération d'une image de l'objet observé. Le récepteur permet de recevoir des ondes en provenance de l'objet, caractérisées par leurs vecteurs d'onde fc. Les fréquences reçues par le récepteur sont limitées par l'ouverture du système formant l'image sur le récepteur ou par la taille du récepteur en l'abscence de système de formation d'images. L'onde parvenant à l'objet en provenance de l'émetteur est approximativement plane, de vecteur d'onde fe . Des algorithmes très divers peuvent être utilisés pour générer une image de l'objet à partir de l'onde reçue sur l'émetteur. Ils dépendent du type d'émetteur et de récepteur utilisés, du type d'image que l'on souhaite obtenir, et des moyens de calcul employés, qui sont en général très lourds. This physical principle is at the base of the synthetic aperture radar, known since the late 1950s, and a history of which is presented in [Curlander]. The considerations outlined above, however, must be adapted to the fact that in the case of radar, the object is a surface on the ground. The radar determines a representation of this surface and not a general three-dimensional representation as seen above. However, the basic principles and limitations outlined above remain valid. A synthetic aperture radar includes a transmitter that directs a coherent wave to the object, and a receiver that performs coherent detection of the wave coming back from the object. The transmitter and the receiver are usually fixed relative to each other. The transceiver assembly moves relative to the observed object, the transmitter being controlled to permanently aim at a fixed area of the object. From the coherent wave received by the transmitter-receiver unit for various positions of this set, a numerical analysis makes it possible to generate a representation of the observed object. The data concerning the positional variations of the transceiver assembly are available and are used to correct the variations of the path traversed by the wave, which would induce in the absence of correction of the phase displacements making it impossible to generate an image of the observed object. The receiver makes it possible to receive waves coming from the object, characterized by their fc wave vectors. The frequencies received by the receiver are limited by the aperture of the image forming system on the receiver or by the size of the receiver in the absence of an image forming system. The wave arriving at the object from the transmitter is approximately plane, wave vector fe. Very different algorithms can be used to generate an image of the object from the wave received on the transmitter. They depend on the type of transmitter and receiver used, the type of image that one wishes to obtain, and the calculation means employed, which are generally very heavy.
Dans le domaine de l'optique, [Wolf] a proposé un principe consistant à détecter l'onde reçue sur deux surfaces de réception planes en vis-à-vis, l'objet observé étant entre les deux surfaces de réception et la fréquence d'éclairage fo étant variable. A partir de l'onde reçue sur les surfaces de réception pour un ensemble de fréquences d'éclairage fe , [Wolf] expose une méthode permettant de reconstituer la In the field of optics, [Wolf] has proposed a principle consisting in detecting the wave received on two flat reception surfaces facing each other, the observed object being between the two reception surfaces and the frequency of reception. lighting fo being variable. From the received wave on the receiving surfaces for a set of lighting frequencies fe, [Wolf] exposes a method to reconstruct the
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représentation fréquentielle tridimensionnelle de l'objet, sur l'ensemble des fréquences fo pouvant être obtenues par la formule fo = fc-fe à partir d'une longueur d'onde d'éclairage donnée. La représentation spatiale de l'objet est obtenue par transformation de Fourier de sa représentation fréquentielle. [Wolf] a également déterminé la résolution maximale du système, qui correspond à une période maximale de Il 2 pour les composantes sinusoïdales de la représentation de l'objet, soit une période d'échantillonnage au sens de Nyquist de 4 , ce qui est une résolution nettement supérieure à celle des microscopes classiques. three-dimensional frequency representation of the object, over all the frequencies fo obtainable by the formula fo = fc-fe from a given wavelength of illumination. The spatial representation of the object is obtained by Fourier transformation of its frequency representation. [Wolf] also determined the maximum system resolution, which corresponds to a maximum period of Il 2 for the sinusoidal components of the object representation, ie a Nyquist sampling period of 4, which is a resolution much higher than that of conventional microscopes.
L'application de la technique du radar à ouverture synthétique dans le domaine des longueurs d'onde optiques, par exemple sous la forme proposée par [Wolf], permettrait en principe d'obtenir des images d'un objet observé. Toutefois, pour que la technique soit réalisable, il est nécessaire de disposer en permanence des valeurs de position, dans un repère lié à l'objet, de chaque élément de l'ensemble émetteurrécepteur. Ces valeurs doivent être connues à une fraction de longueur d'onde près. Ceci est réalisable dans le domaine des fréquences radar, ou les longueurs d'ondes peuvent être par exemple de quelques dizaines de centimètres. Dans le domaine de l'optique, ou les longueurs d'onde sont sub-micrométriques, ceci est difficilement réalisable. Ce problème est la raison essentielle pour laquelle le système est difficilement adaptable à l'optique, comme indiqué dans [Goodman], pages 36 à 39. On se référera à ce problème sous le nom de <problème A>. The application of the synthetic aperture radar technique in the optical wavelength domain, for example in the form proposed by [Wolf], would in principle make it possible to obtain images of an observed object. However, for the technique to be feasible, it is necessary to permanently have position values, in a frame linked to the object, of each element of the transceiver assembly. These values must be known at a fraction of a wavelength. This is feasible in the field of radar frequencies, where the wavelengths may for example be a few tens of centimeters. In the field of optics, where the wavelengths are sub-micrometric, this is difficult to achieve. This problem is the essential reason why the system is difficult to adapt to optics, as indicated in [Goodman], pages 36 to 39. This problem will be referred to as <problem A>.
[Hufnagel] a toutefois proposé une adaptation de cette technique dans l'infrarouge. La technique proposée par [Hufnagel] consiste à utiliser un objet tournant autout d'un axe fixe et un ensemble émetteurrécepteur fixe. Cette méthode permet en principe de résoudre le <problème A>. En effet, la position d'un axe de rotation fixe peut être contrôlée avec précision. La position relative de l'émetteur-récepteur par rapport à l'objet est donc connue avec une bonne précision. Toutefois la rotation de l'objet ne peut être effectuée qu'autour d'un axe fixe, ce qui limite l'ensemble de fréquences fo = fc-fe pouvant être détectées, et donc la précision du système. Pour améliorer cette précision, il serait nécessaire par exemple de déplacer l'émetteur par rapport au récepteur, ce qui est impossible du fait du <problème A>. Le problème qui consiste à améliorer l'ensemble de fréquences utilisées sera noté <problème B>. [Hufnagel], however, proposed an adaptation of this technique in the infrared. The technique proposed by [Hufnagel] consists in using an object rotating around a fixed axis and a fixed transceiver unit. This method allows in principle to solve the <problem A>. Indeed, the position of a fixed axis of rotation can be precisely controlled. The relative position of the transceiver with respect to the object is therefore known with good accuracy. However, the rotation of the object can be performed only around a fixed axis, which limits the set of frequencies fo = fc-fe can be detected, and therefore the accuracy of the system. To improve this accuracy, it would be necessary for example to move the transmitter relative to the receiver, which is impossible because of <problem A>. The problem of improving the set of frequencies used will be noted <problem B>.
[Turpin] a récemment décrit deux systèmes constituant une adaptation dans le domaine de l'optique des principes du radar à ouverture synthétique. Ces systèmes seront désignés sous le nom de <système 1> et <système 2>. [Turpin] has recently described two systems constituting an adaptation in the field of optical principles of the synthetic aperture radar. These systems will be referred to as <system 1> and <system 2>.
Le <système 1> est celui mis en oeuvre dans [Turpin 3]. La configuration physique employée est conforme au principe utilisé dans [Hufnagel] pour résoudre le <problème A>, c'est-à-dire que l'émetteur et le récepteur sont fixes et l'objet est en rotation autour d'un axe fixe. Toutefois, la résolution du <problème A> suppose non seulement la possibilité physique de connaître les variations de la position de l'émetteur par rapport au récepteur, mais également la définition d'algorithmes de compensation appropriés ou de méthodes de réglage appropriées supprimant la nécessité d'une telle compensation algorithmique. En l'abscence de telles précisions, le <système 1> n'est pas fonctionnel. The <system 1> is the one implemented in [Turpin 3]. The physical configuration used is consistent with the principle used in [Hufnagel] to solve <problem A>, that is to say that the transmitter and the receiver are fixed and the object is rotating around a fixed axis . However, the resolution of the <A problem> implies not only the physical possibility of knowing the variations of the position of the transmitter with respect to the receiver, but also the definition of appropriate compensation algorithms or appropriate control methods, removing the need of such an algorithmic compensation. In the absence of such precisions, <system 1> is not functional.
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Le <système 2> est le système plus général décrit dans [Turpin 1] et [Turpin 2], dont le <système 1> est un cas particulier. Il spécifie que l'onde d'éclairage et/ou la position du récepteur peuvent varier, ce qui permet en principe de résoudre le <problème B>. Par contre, les configurations physiques proposées pour le <système 2> ne permettent pas la résolution du <problème A>. En l'abscence d'une solution au <problème A>, le <système 2> n'est pas fonctionnel. <System 2> is the more general system described in [Turpin 1] and [Turpin 2], of which <System 1> is a special case. It specifies that the light wave and / or the position of the receiver may vary, which in principle makes it possible to solve <problem B>. On the other hand, the physical configurations proposed for <system 2> do not allow the resolution of <problem A>. In the absence of a solution to <problem A>, <system 2> is not functional.
Par rapport à [Hufnagel], [Turpin] utilise un système de positionnement de l'objet ayant une meilleure précision, un laser de longueur d'onde plus courte, et des moyens modernes de calcul et d'acquisition d'image. Ces moyens de calcul lui permettent de mettre en oeuvre le principe décrit par [Wolf], c'est-à-dire qu'il génère une représentation fréquentielle tridimensionnelle de l'objet, dont la représentation spatiale de l'objet peut être déduite par transformation de Fourier. [Hufnagel] formait l'image de l'objet dans le plan de réception. Pour utiliser la méthode décrite par [Wolf] il faut effectuer dans un premier temps la transformation de Fourier bidimensionnelle de l'image ainsi détectée. Afin de simplifier les calculs, [Turpin] utilise des moyens optiques pour effectuer cette transformation de Fourier, l'image formée sur le récepteur étant directement dans le domaine fréquentiel. Compared to [Hufnagel], [Turpin] uses an object positioning system with better precision, a shorter wavelength laser, and modern means of computation and image acquisition. These calculation means allow it to implement the principle described by [Wolf], that is to say that it generates a three-dimensional frequency representation of the object, whose spatial representation of the object can be deduced by Fourier transformation. [Hufnagel] formed the image of the object in the reception plan. To use the method described by [Wolf], the two-dimensional Fourier transformation of the image thus detected must first be carried out. In order to simplify the calculations, [Turpin] uses optical means to perform this Fourier transformation, the image formed on the receiver being directly in the frequency domain.
Une seconde approche pour obtenir une image tridimensionnelle d'un objet est constituée par l'holographie numérique. Le microscope décrit par [Lauer] reçoit une onde diffractée par l'objet et parvenant sur une surface de réception. La phase et l'intensité de l'onde sur la surface de réception sont mesurées et la représentation fréquentielle 'tridimensionnelle' de l'onde est reconstituée. A partir de cette représentation fréquentielle, l'onde dans l'objet est reconstituée par transformation de Fourier inverse, et constitue une représentation élémentaire de l'objet. Si l'objet est éclairé par une onde plane, la résolution dans la direction de propagation de l'onde est mauvaise. Pour éviter ce problème, [Lauer] superpose plusieurs images obtenues à partir d'ondes d'éclairage spatialement incohérentes. Si il procédait en sommant chaque représentation élémentaire obtenue, celles-ci s'annuleraient les unes les autres. C'est pourquoi la superposition est réalisée en intensité, c'est-à-dire que l'intensité des différentes représentations élémentaires est sommée en chaque point. Ceci détruit l'information de phase, et les représentations finalement obtenues caractérisent uniquement l'absorptivité, et non l'indice. Le problème qui consiste à superposer des représentations élémentaires sans détruire l'information de phase sera appelé <problème C>. A second approach to obtain a three-dimensional image of an object is constituted by digital holography. The microscope described by [Lauer] receives a wave diffracted by the object and reaching a receiving surface. The phase and intensity of the wave on the receiving surface are measured and the 'three-dimensional' frequency representation of the wave is reconstructed. From this frequency representation, the wave in the object is reconstituted by inverse Fourier transformation, and constitutes an elementary representation of the object. If the object is illuminated by a plane wave, the resolution in the propagation direction of the wave is poor. To avoid this problem, [Lauer] superimposes several images obtained from spatially incoherent lighting waves. If he proceeded by summing each elementary representation obtained, they would cancel each other out. This is why the superposition is carried out in intensity, that is to say that the intensity of the different elementary representations is summed at each point. This destroys the phase information, and the representations ultimately obtained characterize only the absorptivity, not the index. The problem of superimposing elementary representations without destroying the phase information will be called <problem C>.
Une autre approche de l'obtention d'images tridimensionnelles est constituée par la tomographie. Another approach to obtaining three-dimensional images is tomography.
La tomographie, utilisée par exemple en rayons X, consiste à reconstruire une image à partir d'un ensemble de projections de cette image selon différentes directions. Chaque projection dépend linéairement d'une fonction de densité à trois dimensions caractérisant l'objet, et à partir d'un nombre suffisant de projections on peut reconstituer l'objet, en inversant cette correspondance linéaire. Tomography, used for example in X-rays, consists of reconstructing an image from a set of projections of this image in different directions. Each projection depends linearly on a three-dimensional density function characterizing the object, and from a sufficient number of projections it is possible to reconstitute the object, by inverting this linear correspondence.
La tomographie a été adaptée à la microscopie optique par [Kawata]. Dans son microscope tomographique, une onde d'éclairage plane et non cohérente, de direction variable, est utilisée. Cette onde d'éclairage traverse un échantillon puis un objectifde microscope focalisé dans le plan de l'échantillon. Elle est reçue sur une surface de réception placée dans le plan ou l'objectif forme l'image de l'échantillon. Du Tomography has been adapted to light microscopy by [Kawata]. In his tomographic microscope, a plane and non-coherent lighting wave, of variable direction, is used. This light wave passes through a sample and then a focused microscope objective in the plane of the sample. It is received on a reception surface placed in the plane where the objective forms the image of the sample. Of
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fait que l'éclairage est non cohérent, les intensités provenant de chaque point de l'objet s'additionnent et l'image en intensité produite sur la surface de réception dépend donc linéairement de la fonction de densité à trois dimensions caractérisant l'absorptivité de l'objet. A partir d'un nombre suffisant d'images on peut reconstituer l'objet, en inversant cette correspondance linéaire. Ce microscope diffère des systèmes usuels de tomographie en ce que la correspondance linéaire entre la fonction de densité de l'objet et une image donnée n'est pas une projection, mais est caractérisée par une fonction de transfert optique tridimensionnelle. Since the illumination is non-coherent, the intensities from each point of the object add up and the intensity image produced on the receiving surface thus depends linearly on the three-dimensional density function characterizing the absorption of the object. the object. From a sufficient number of images we can reconstitute the object, by reversing this linear correspondence. This microscope differs from conventional tomography systems in that the linear correspondence between the density function of the object and a given image is not a projection, but is characterized by a three-dimensional optical transfer function.
Ce microscope est peu adapté à l'obtention d'images prenant en compte l'indice de l'échantillon. This microscope is not very suitable for obtaining images taking into account the index of the sample.
[Noda] a réalisé un microscope modifié permettant de prendre en compte cette phase. L'idée de départ du microscope de [Noda] est d'utiliser le contraste de phase pour obtenir une image dépendant de l'indice de l'échantillon et d'adapter à cette configuration le principe d'inversion de la correspondance linéaire déjà mis en oeuvre par [Kawata]. L'utilisation du microscope de [Noda] est cependant limitée à l'étude d'objets non absorbants et dont les variations d'indice sont extrêmement faibles. Le problème constituant à étendre l'utilisation de ce type de microscope sera noté <problème D>. [Noda] realized a modified microscope to take into account this phase. The starting idea of [Noda] 's microscope is to use phase contrast to obtain a sample index dependent image and to adapt to this configuration the linear inversion principle already put in place. implemented by [Kawata]. The use of [Noda's] microscope is, however, limited to the study of non-absorbing objects whose index variations are extremely small. The problem of extending the use of this type of microscope will be noted <problem D>.
Une autre approche permettant d'adapter la tomographie à la réalisation d'images de phase est celle de [Vishnyakov]. [Vishnyakov] introduit une onde de référence distincte de l'onde d'éclairage et effectue une détection de l'onde reçue sur une surface de réception selon une méthode analogue à celle utilisée par [Turpin]. Il génère ensuite un profil caractéristique de la différence de phase entre l'onde reçue et l'onde d'éclairage. Cette différence de phase étant considérée comme la projection de l'indice selon la direction de l'onde d'éclairage, il régénère la distribution de l'indice dans l'objet selon la méthode tomographique classiquement utilisée en rayons X. Cependant, l'assimilation de la différence de phase à la projection de l'indice selon la direction de l'onde d'éclairage est injustifiée pour les deux raisons suivantes. Another approach to adapt the tomography to the realization of live images is that of [Vishnyakov]. [Vishnyakov] introduces a reference wave distinct from the illumination wave and detects the received wave on a reception surface according to a method similar to that used by [Turpin]. It then generates a characteristic profile of the phase difference between the received wave and the illumination wave. This phase difference being considered as the projection of the index along the direction of the illumination wave, it regenerates the distribution of the index in the object according to the tomographic method conventionally used in X-rays. However, the assimilation of the phase difference to the projection of the index along the direction of the illumination wave is unjustified for the following two reasons.
- La longueur d'onde utilisée est du même ordre que la définition du microscope, et non très inférieure à la définition du système d'imagerie comme dans le cas de l'imagerie en rayons X. Les phénomènes de diffraction ne sont donc pas négligeables, ce qui rend la méthode peu valable. Le problème posé par la nécessité de prendre en compte les phénomènes de diffraction sera désigné comme <problème E>. - The wavelength used is of the same order as the definition of the microscope, and not much lower than the definition of the imaging system as in the case of X-ray imaging. The diffraction phenomena are not negligible. , which makes the method not very valid. The problem posed by the need to take into account the diffraction phenomena will be designated as <problem E>.
- La différence de phase entre l'onde reçue et l'onde d'éclairage est en fait déterminée à une constante près. - The phase difference between the received wave and the light wave is in fact determined to a constant.
En effet, même en assimilant la phase à la projection de l'indice selon la surface de référence, l'équation (2)
de la page 67 du document [Vishnyakov] devrait être remplacée par':P(x,y) = 141 XI Y) + x sin a +q ou q est une valeur caractéristique de la différence de phase entre l'onde d'éclairage et l'onde de référence en un point central de la surface de réception. Lorsque la direction de l'onde d'éclairage varie, la valeur de# varie. La non-détermination de la valeur correcte de# se traduit par l'ajout d'une constante à chaque projection obtenue, cette constante variant aléatoirement entre deux projections. Ceci rend donc non-exacte l'assimilation du profil de phase obtenu à la projection de l'indice. Le problème qui consiste à prendre en compte la valeur de# sera noté <problème F>
L'objet de l'invention est de résoudre les problèmes A,B,C,D,E,F. Indeed, even assimilating the phase to the projection of the index according to the reference surface, equation (2)
from page 67 of [Vishnyakov] should be replaced by ': P (x, y) = 141 XI Y) + x sin a + q where q is a characteristic value of the phase difference between the illumination wave and the reference wave at a central point of the receiving surface. When the direction of the illumination wave varies, the value of # varies. The non-determination of the correct value of # results in the addition of a constant to each projection obtained, this constant varying randomly between two projections. This makes the assimilation of the phase profile obtained to the projection of the index non-exact. The problem of taking into account the value of # will be noted <problem F>
The object of the invention is to solve the problems A, B, C, D, E, F.
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3. 1. Vocabulaire employé et considérations générales
Une onde étant connue par sa valeur complexe en chaque point d'une surface de réception, il est possible de générer sa représentation complexe dans une zone observée par un calcul simulant le retour inverse de la lumière. La représentation ainsi obtenue est une fonction complexe des coordonnées spatiales. 3. 1. Vocabulary and General Considerations
Since a wave is known by its complex value at each point of a receiving surface, it is possible to generate its complex representation in an area observed by a calculation simulating the inverse return of light. The representation thus obtained is a complex function of spatial coordinates.
Une représentation fréquentielle de l'onde peut être obtenue par transformation de Fourier de cette représentation spatiale. A frequency representation of the wave can be obtained by Fourier transformation of this spatial representation.
En représentation fréquentielle, les coordonnées d'un point représentent la fréquence spatiale ou vecteur d'onde. Une onde plane a une représentation fréquentielle réduite à un seul point dont le vecteur fréquence associé a pour norme l'inverse de la longueur d'onde et pour direction la direction de propagation de l'onde. La valeur complexe de l'onde plane sur sa fréquence unique caractérise sa phase et son intensité. In frequency representation, the coordinates of a point represent the spatial frequency or wave vector. A plane wave has a frequency representation reduced to a single point whose associated frequency vector is the inverse standard of the wavelength and for direction the direction of propagation of the wave. The complex value of the plane wave on its unique frequency characterizes its phase and its intensity.
La représentation fréquentielle d'une onde monochromatique ne comporte que des fréquences de norme constante égale à l'inverse de la longueur d'onde et elle est donc bidimensionnelle, c'est-à-dire réduite à une portion de sphère centrée sur la fréquence nulle et dont le rayon est l'inverse de la longueur d'onde. L'onde issue de l'objet ou l'onde d'éclairage peuvent être caractérisées par leurs représentations fréquentielles ou spatiales. The frequency representation of a monochromatic wave comprises only frequencies of constant norm equal to the inverse of the wavelength and it is therefore two-dimensional, that is to say reduced to a portion of sphere centered on the frequency null and whose radius is the inverse of the wavelength. The wave coming from the object or the light wave can be characterized by their frequency or spatial representations.
Selon le même principe, toute fonction complexe de la position définie dans la zone observée peut être considérée comme une représentation spatiale et peut également être convertie en représentation fréquentielle. On utilisera le terme représentation pour désigner une telle fonction indépendamment du domaine spatial ou fréquentiel dans lequel elle peut être exprimée. On utilisera le terme onde pour désigner indifféremment l'onde en tant qu'entité physique ou en tant que grandeur complexe dans un domaine fréquentiel ou spatial. On utilisera le terme représentation fréquentielle bidimensionnelle pour désigner une représentation fréquentielle réduite à une surface de l'espace à trois dimension, c'est-à-dire en général à une portion de sphère. According to the same principle, any complex function of the defined position in the observed area can be considered as a spatial representation and can also be converted into a frequency representation. The term representation will be used to denote such a function independently of the spatial or frequency domain in which it can be expressed. The term wave will be used to denote the wave as a physical entity or as a complex quantity in a frequency or space domain. The term two-dimensional frequency representation will be used to denote a frequency representation reduced to a surface of the three-dimensional space, that is to say in general to a portion of sphere.
Une représentation fréquentielle bidimensionnelle d'une onde issue de l'objet peut être obtenue, comme dans le <système 1> ou comme dans [Lauer], à partir d'une image plane représentant sa projection sur un plan, par exemple celui de la surface de réception. Cette image plane sera appelée image plane en fréquence . A two-dimensional frequency representation of a wave coming from the object can be obtained, as in <system 1> or as in [Lauer], from a plane image representing its projection on a plane, for example that of the reception area. This flat image will be called a plane image in frequency.
En translatant une représentation fréquentielle bidimensionnelle de l'onde issue de l'objet d'un
vecteur -fe comme dans le <système 1>, on obtient une représentation fréquentielle bidimensionnelle constituant une partie de la représentation tridimensionnelle de l'objet. En superposant un nombre élevé desdites parties bidimensionnelles de la représentation fréquentielle tridimensionnelle de l'objet, on obtient la représentation fréquentielle tridimensionnelle de l'objet comme dans le <système 1>. On appellera sousreprésentation fréquentielle une partie de la représentation fréquentielle de l'objet, qui peut être constituée d'une seule desdites parties bidimensionnelles, de la superposition de plusieurs desdites parties bidimensionnelles, d'une partie d'une desdites parties bidimensionnelles, ou de toute autre partie de la représentation fréquentielle tridimensionnelle de l'objet. On utilisera le terme sous-représentation pour By translating a two-dimensional frequency representation of the wave coming from the object of a
vector -fe as in <system 1>, we obtain a two-dimensional frequency representation constituting a part of the three-dimensional representation of the object. By superimposing a large number of said two-dimensional portions of the three-dimensional frequency representation of the object, the three-dimensional frequency representation of the object is obtained as in <system 1>. Frequency subrepresentation will be referred to as a portion of the frequency representation of the object, which may consist of only one of said two-dimensional portions, the superposition of a plurality of said two-dimensional portions, a portion of one of said two-dimensional portions, or any another part of the three-dimensional frequency representation of the object. We will use the term under-representation for
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désigner cette représentation indépendamment du fait qu'elle soit représentée dans le domaine spatial, fréquentiel, ou de toute autre manière. designate this representation independently of whether it is represented in the spatial, frequency domain, or in any other way.
Le terme lentille désignera, dans l'ensemble du texte, aussi bien des lentilles simples que des lentilles composées ou des achromats, généralement dimensionnés pour limiter les aberration optiques. The term lens will designate, throughout the text, both single lenses and composite lenses or achromats, generally sized to limit optical aberration.
Dans la suite du texte, cinq modes de réalisation sont décrits. On s'y référera comme modes de réalisation 1,2,3,4 et 5. In the rest of the text, five embodiments are described. Reference will be made to embodiments 1,2,3,4 and 5.
3. 2. Problèmes à résoudre par l'invention
Dans le microscope [Lauer], et dans la version ou plusieurs ondes d'éclairage sont utilisées, les caractéristiques de ces ondes ne sont pas connues. Les déphasages induits par l'échantillon se produisent donc sur une onde d'éclairage de caractéristiques non connues et ne peuvent pas être distingués des variations de phase originellement présentes dans l'onde d'éclairage. Pour résoudre le <problème C> et obtenir une représentation prenant en compte l'indice de l'échantillon, il faut pouvoir opérer cette distinction, et donc il est nécessaire de connaître l'onde d'éclairage utilisée. Ceci est difficile dans le cas général de l'onde spatialement incohérente, mais à priori possible dans le cas d'une onde d'éclairage suffisamment simple, caractérisée par un nombre réduit de paramètres, et en particulier dans le cas d'une onde d'éclairage plane. En effet, dans ce cas, la connaissance de la position des éléments mécaniques utilisés pour générer une onde plane permet en principe de déterminer les caractéristiques de cette onde. 3. 2. Problems to be solved by the invention
In the microscope [Lauer], and in the version or several light waves are used, the characteristics of these waves are not known. The phase shifts induced by the sample therefore occur on a lighting wave of unknown characteristics and can not be distinguished from the phase variations originally present in the illumination wave. To solve <problem C> and obtain a representation taking into account the index of the sample, it is necessary to be able to make this distinction, and therefore it is necessary to know the lighting wave used. This is difficult in the general case of the spatially incoherent wave, but a priori possible in the case of a sufficiently simple illumination wave, characterized by a reduced number of parameters, and in particular in the case of a wave of light. flat lighting. Indeed, in this case, the knowledge of the position of the mechanical elements used to generate a plane wave in principle makes it possible to determine the characteristics of this wave.
La résolution du <problème C> est donc facilitée par l'utilisation d'ondes d'éclairage simples, par exemple des ondes d'éclairage planes. Dans ce cas, la résolution du <problème C> implique la résolution du <problème A>. The resolution of the <problem C> is thus facilitated by the use of simple lighting waves, for example plane lighting waves. In this case, solving <problem C> involves solving <problem A>.
La résolution du <problème C> implique également la mise au point d'un algorithme permettant de superposer les images générées à partir de cette onde d'éclairage plane. Toutefois, on peut observer que le système [Lauer] modifié pour utiliser des ondes d'éclairage planes de direction variable constitue un système proche de celui décrit dans [Turpin] et qu'il permet l'utilisation d'algorithmes du même type. The resolution of the <problem C> also involves the development of an algorithm allowing to superpose the images generated from this plane lighting wave. However, it can be observed that the [Lauer] system modified to use plane lighting waves of variable direction constitutes a system similar to that described in [Turpin] and that it allows the use of algorithms of the same type.
La résolution du <problème C> équivaut donc, dans le cas ou on utilise des ondes d'éclairage planes de direction variable, à la résolution du <problème A>. The resolution of the <problem C> is therefore equivalent, in the case where plane lighting waves of variable direction are used, to the resolution of the <problem A>.
Le microscope de [Noda] n'a pas été conçu comme un système à ouverture synthétique, cependant son fonctionnement peut s'interpréter dans ce cadre. En effet, la technique adoptée par [Noda] revient à utiliser sur la surface de réception une onde de référence constituée par l'onde d'éclairage seule. A partir des images reçues pour un ensemble d'ondes d'éclairage de direction variable, une représentation fréquentielle tridimensionnelle est obtenue. L'onde complexe détectée sur la surface de réception est içi remplacée par une valeur imaginaire pure obtenue en multipliant par; la valeur réelle obtenue en utilisant l'onde de référence unique constituée par l'onde d'éclairage décalée en phase de #/2. Si l'onde de référence est suffisamment supérieure, en chaque point de la surface de réception, à l'onde diffractée, alors la quantité ainsi obtenue est la partie imaginaire de l'onde complexe réellement reçue sur la surface de réception, la The microscope of [Noda] was not designed as a synthetic aperture system, however its operation can be interpreted in this context. Indeed, the technique adopted by [Noda] is to use on the receiving surface a reference wave formed by the light wave alone. From the images received for a set of lighting waves of variable direction, a three-dimensional frequency representation is obtained. The complex wave detected on the receiving surface is hereby replaced by a pure imaginary value obtained by multiplying by; the actual value obtained by using the unique reference wave constituted by the illumination wave shifted in phase of # / 2. If the reference wave is sufficiently greater, at each point of the receiving surface, than the diffracted wave, then the quantity thus obtained is the imaginary part of the complex wave actually received on the receiving surface, the
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référence de phase étant la phase de l'onde d'éclairage. L'objet générant sur la surface de réception une onde imaginaire pure équivalente à celle détectée par [Noda] est constitué par la superposition de l'objet réel observé et d'un objet virtuel dont la représentation spatiale complexe est obtenue à partir de celle de l'objet réel par symétrie par rapport au plan de l'objet correspondant à la surface de réception, et par inversion du signe de la partie réelle. En utilisant la partie imaginaire ainsi détectée d'une manière analogue à celle dont [Turpin] utilise l'onde complexe détectée, on génère donc en représentation fréquentielle une fonction représentant la superposition de l'objet réel et de l'objet virtuel. Lors de chaque acquisition, la représentation fréquentielle bidimensionnelle obtenue par transformation de Fourier de la valeur détectée sur la surface de réception comporte une partie correspondant à l'objet réel et une partie correspondant à l'objet virtuel, qui ne se recoupent qu'au point correspondant à la fréquence d'éclairage. Il est donc possible de ne sélectionner que la partie correspondant à l'objet réel, de manière à obtenir une représentation de celui-ci. [Noda] utilise en fait la superposition de l'objet réel avec l'objet virtuel qu'il symétrise par rapport au plan de l'objet correspondant à la surface de réception, obtenant ainsi une représentation imaginaire pure représentant la partie imaginaire de la représentation qui serait obtenue par la méthode de [Turpin] dans laquelle le <problème A> serait supposé résolu. phase reference being the phase of the illumination wave. The object generating on the receiving surface a pure imaginary wave equivalent to that detected by [Noda] is constituted by the superposition of the observed real object and a virtual object whose complex spatial representation is obtained from that of the real object by symmetry with respect to the plane of the object corresponding to the receiving surface, and by inversion of the sign of the real part. By using the imaginary part thus detected in a manner similar to that [Turpin] uses the detected complex wave, a function representing the superposition of the real object and the virtual object is thus generated in frequency representation. At each acquisition, the two-dimensional frequency representation obtained by Fourier transform of the value detected on the reception surface comprises a part corresponding to the real object and a part corresponding to the virtual object, which only overlap with each other. corresponding to the lighting frequency. It is therefore possible to select only the part corresponding to the real object, so as to obtain a representation of it. [Noda] actually uses the superposition of the real object with the virtual object that it symmetries with respect to the plane of the object corresponding to the receiving surface, thus obtaining a pure imaginary representation representing the imaginary part of the representation which would be obtained by the method of [Turpin] in which the <problem A> would be supposed to be solved.
Les explications théoriques données dans le document [Noda] sont très différentes de celles présentées içi et sont parfaitement valables. Le principe consistant à inverser un filtre par multiplication dans le domaine fréquentiel, tel qu'il est appliqué par [Noda], se trouve être équivalent aux explications données ci-dessus, bien qu'étant obtenu par un raisonnement différent. On peut considérer que les Fig. 2 et 3 du document [Noda] illustrent la manière dont la représentation fréquentielle tridimensionnelle de l'objet est générée à partir des représentations fréquentielles bidimensionnelles. The theoretical explanations given in the document [Noda] are very different from those presented here and are perfectly valid. The principle of inverting a filter by multiplication in the frequency domain, as applied by [Noda], is equivalent to the explanations given above, although obtained by a different reasoning. It can be considered that FIGS. 2 and 3 of [Noda] illustrate how the three-dimensional frequency representation of the object is generated from two-dimensional frequency representations.
Du fait que l'onde de référence est confondue avec l'onde d'éclairage, le <problème A> ne se pose pas dans le microscope de [Noda]. Since the reference wave coincides with the illumination wave, the <problem A> does not arise in [Noda] 's microscope.
La manière la plus simple de résoudre le <problème D>, c'est-à-dire d'étendre les conditions d'utilisation du microscope de [Noda], est d'utiliser une onde de référence distincte de l'onde d'éclairage. The simplest way to solve the "problem D", ie to extend the conditions of use of the microscope of [Noda], is to use a reference wave distinct from the wave of lighting.
Le microscope de [Noda] devient alors un système à ouverture synthétique semblable à celui de [Turpin] et la résolution du <problème D> implique alors la résolution du <problème A>. The microscope of [Noda] then becomes a synthetic aperture system similar to that of [Turpin] and the resolution of the <problem D> then involves the resolution of the <problem A>.
Dans le microscope de [Vishnyakov], la détermination de la valeur de# équivaut à une détermination de la phase de l'onde émise et de l'onde de référence, détermination qui implique à priori la connaissance, à une fraction de micromètre près, de la position de chaque élément utilisé pour générer ces faisceaux, c'est-à-dire la résolution du <problème A>. Le <problème E> équivaut donc au <problème A>. In the [Vishnyakov] microscope, the determination of the value of # is equivalent to a determination of the phase of the transmitted wave and the reference wave, a determination which implies, a priori, knowledge, at a fraction of a micrometer, the position of each element used to generate these beams, that is, the resolution of <problem A>. The <problem E> is therefore equivalent to the <problem A>.
Le microscope de [Vishnyakov] constituant un système physique proche de celui de [Turpin], le <problème F> est résolu si les algorithmes employés par [Vishnyakov] sont remplacés par des algorithmes proches de ceux de [Turpin]. L'onde d'éclairage ayant une direction et une phase variable, les algorithmes de [Turpin] ne sont toutefois pas fonctionnels dans ce cas. La résolution du <problème F> implique donc la résolution du <problème A>. The [Vishnyakov] microscope constituting a physical system similar to that of [Turpin], the <problem F> is solved if the algorithms used by [Vishnyakov] are replaced by algorithms similar to those of [Turpin]. Since the light wave has a direction and a variable phase, the [Turpin] algorithms are not functional in this case. The resolution of the <problem F> therefore implies the resolution of the <problem A>.
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Les problèmes C, D,E,F se ramènent donc à la résolution du <problème A>. L'objet principal de l'invention est donc de résoudre le <problème A> dans des systèmes ou une onde de référence distincte de l'onde d'éclairage est utilisée. Un second objet de l'invention est de résoudre le <problème B>. The problems C, D, E, F are thus reduced to the resolution of the <problem A>. The main object of the invention is therefore to solve the <problem A> in systems where a reference wave distinct from the illumination wave is used. A second object of the invention is to solve the problem B.
On peut prendre comme base de raisonnement le <système 2>. Le <problème A> se décompose en deux parties: - <problème Al>: connaissance de la position de l'émetteur par rapport au récepteur, et compensation algorithmique des écarts. The basis of reasoning can be <system 2>. The <problem A> is divided into two parts: - <problem Al>: knowledge of the position of the transmitter with respect to the receiver, and algorithmic compensation of the deviations.
- <problème A2>: connaissance de la position du récepteur par rapport à l'objet, et compensation algorithmique des écarts. - <A2 problem>: knowledge of the position of the receiver with respect to the object, and algorithmic compensation of the deviations.
3. 3. Résolution du <problème Al>
L'onde d'éclairage est définie par sa direction, c'est-à-dire son vecteur d'onde, et par sa valeur complexe, c'est-à-dire son intensité et sa phase. Pour résoudre le <problème Al>, il est nécessaire de connaître : - son vecteur d'onde, dans un repère lié au récepteur. 3. 3. Resolution of the <Al problem>
The light wave is defined by its direction, that is to say its wave vector, and by its complex value, that is to say its intensity and its phase. To solve the <Al problem>, it is necessary to know: - its wave vector, in a frame linked to the receiver.
- sa phase, par rapport à la phase de l'onde de référence. - its phase, relative to the phase of the reference wave.
La précision nécessaire sur la direction de l'onde d'éclairage est de l'ordre du degré d'angle, et cette précision peut être raisonnablement atteinte par des moyens mécaniques. The necessary precision on the direction of the illumination wave is of the order of the degree of angle, and this accuracy can be reasonably achieved by mechanical means.
La précision nécessaire sur la phase de l'onde d' éclairage est de l'ordre d'une dizaine de degrés, ce qui se traduit par une précision de l'ordre de #/10 sur le chemin optique, soit environ 50 nm pour un laser HeNe. Cette précision ne peut pas être atteinte par des moyens mécaniques simples comme ceux proposés par [Turpin]. The necessary precision on the phase of the light wave is of the order of ten degrees, which results in a precision of the order of # / 10 on the optical path, ie about 50 nm for a HeNe laser. This accuracy can not be achieved by simple mechanical means such as those proposed by [Turpin].
Dans le <système 2>, une sous-représentation fréquentielle bidimensionnelle est obtenue à partir de chaque position de l'ensemble émetteur-objet-récepteur en déterminant la représentation fréquentielle de l'onde issue de l'objet et parvenant au récepteur et en la translatant d'un vecteur -fe. Une sousreprésentation fréquentielle peut également être obtenue en regroupant plusieurs de ces sous-représentations fréquentielles bidimensionnelles obtenues par exemple lorsque l'objet est déplacé, l'onde d'éclairage et le récepteur restant fixes. Une variation non contrôlée de la phase de l'onde d'éclairage se traduit par une variation globale de la phase de la sous-représentation fréquentielle correspondante, ce qui empêche une superposition correcte de cette sous-représentation aux autres sous-représentations. In <system 2>, a two-dimensional frequency subrepresentation is obtained from each position of the transmitter-object-receiver ensemble by determining the frequency representation of the wave coming from the object and reaching the receiver and by translatant of a vector -fe. Frequency subrepresentation can also be obtained by grouping several of these two-dimensional frequency sub-representations obtained for example when the object is moved, the light wave and the receiver remaining fixed. An uncontrolled variation of the phase of the illumination wave results in an overall variation of the phase of the corresponding frequency subrepresentation, which prevents a correct superposition of this underrepresentation to the other sub-representations.
3. 3.1. Dans le <système 1>
Dans le <système 1> le <problème Al> est résolu par la méthode généralement utilisée dans les radars à ouverture synthétique, c'est-à-dire en utilisant un émetteur et un récepteur fixes l'un par rapport à l'autre. 3. 3.1. In the <system 1>
In <system 1> the <Al problem> is solved by the method generally used in synthetic aperture radars, that is to say by using a transmitter and a receiver fixed relative to each other.
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3. 3.2. Selon l'invention
Compte tenu des considérations développées en 3. 2. et en 3. 3., et en supposant le <problème A2> résolu, la résolution du <problème A> et/ou du <problème C> se réduit donc à la connaissance de la phase de chaque sous-représentation de l'objet. L'invention a pour objectif de résoudre le <problème Al> dans le cas ou la direction de l'onde d'éclairage est variable dans un repère lié au récepteur, cas dans lequel les systèmes décrits par [Turpin] ne sont pas fonctionnels. 3.2. According to the invention
Given the considerations developed in 3. 2. and 3. 3., and assuming the <problem A2> solved, the resolution of the <problem A> and / or the <problem C> is thus reduced to the knowledge of the phase of each under-representation of the object. The object of the invention is to solve the problem A1 in the case where the direction of the illumination wave is variable in a frame linked to the receiver, in which case the systems described by [Turpin] are not functional.
Selon l'invention, le microscope comporte au moins l'un des deux groupes de moyens (i) ou (ii): (i) - des moyens actifs ou passifs pour contrôler les différences de phase entre les ondes d'éclairage et les ondes de référence de manière à ce que, sur chaque capteur et pour chaque onde d'éclairage, la différence de phase entre l'onde d'éclairage et l'onde de référence utilisée sur ledit capteur ait une valeur préétablie. According to the invention, the microscope comprises at least one of two groups of means (i) or (ii): (i) active or passive means for controlling the phase differences between the light waves and the waves so that, on each sensor and for each illumination wave, the phase difference between the illumination wave and the reference wave used on said sensor has a predetermined value.
(ii)- des moyens pour générer, à partir d'un ou plusieurs desdits enregistrements de figures d'interférences, des sous-représentations de l'objet observé, et des moyens pour déterminer les écarts de phase entre des sous-représentations de l'objet observé. (ii) means for generating, from one or more of said interference figure recordings, sub-representations of the observed object, and means for determining the phase differences between sub-representations of the object; observed object.
Diverses combinaisons des aspects (i) et (ii) peuvent être réalisées: - version décrite en 7.17.2. : écarts de phase sont déterminés à chaque acquisition. Il s'agit donc de moyens selon (ii) seulement. Various combinations of aspects (i) and (ii) can be realized: - version described in 7.17.2. : phase differences are determined at each acquisition. It is therefore means according to (ii) only.
- version décrite en 7.18.1. Les écarts de phase ont été mesurés dans une phase préliminaire, par une méthode selon (ii). Les écarts de phase sont alors connus lors de l'acquisition des données et n'ont pas à être à nouveau mesurés. Dans la phase d'acquisition proprement dite, des moyens selon (i) sont donc utilisés, mais sont complétés par des moyens selon (ii) lorsqu'il est nécessaire de compenser les vibrations. Les moyens selon (i) sont içi des moyens passifs, en ce que les écarts de phase sont prédéterminés mais ne sont pas modifiés activement par un système extérieur. - version described in 7.18.1. The phase differences were measured in a preliminary phase by a method according to (ii). Phase differences are then known during data acquisition and need not be measured again. In the actual acquisition phase, means according to (i) are therefore used, but are supplemented by means according to (ii) when it is necessary to compensate for the vibrations. The means according to (i) are passive means, in that the phase differences are predetermined but are not actively modified by an external system.
- version décrite en 7. 18.7. Les écarts de phase sont nuls et aucune compensation algorithmique n'est effectuée après l'acquisition. Il s'agit d'une méthode selon (i), mais là aussi une méthode selon (ii) a été utilisée dans une phase préliminaire. Les moyens selon (i) sont içi des moyens actifs, en ce qu'un système externe de décalage de phase est utilisés pour contrôler ces écarts. - version described in 7. 18.7. The phase deviations are zero and no algorithmic compensation is performed after the acquisition. This is a method according to (i), but again a method according to (ii) was used in a preliminary phase. The means according to (i) are active means, in that an external phase shift system is used to control these deviations.
- versions décrite en 8. 6. et en 9.20 : écarts de phase sont nuls et donc prédéterminés. Il s'agit de moyens selon (i) seulement. Ces moyens sont passifs. - versions described in 8. 6. and 9.20: phase differences are zero and therefore predetermined. These are means according to (i) only. These means are passive.
Le microscope selon le mode de réalisation 4, moyennant le réglage défini en 8. 6., peut fonctionner au choix dans des configurations employant les moyens (i) ou (ii) séparément ou associés, et différant entre elles uniquement par les algorithmes de contrôle et de calcul employés. Il en est de même du système selon le mode de réalisation 5. The microscope according to embodiment 4, with the adjustment defined in 8. 6., can operate optionally in configurations employing the means (i) or (ii) separately or associated, and differing only by the control algorithms and calculation employees. The same is true of the system according to embodiment 5.
Les moyens selon (ii) peuvent éventuellement être employés dans une phase préliminaire et en l'abscence d'objet. Ils permettent d'obtenir les écarts de phase entre des représentations d'une partie The means according to (ii) may optionally be employed in a preliminary phase and in the absence of an object. They make it possible to obtain the phase differences between representations of a part
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délimitée de l'espace, partie qui peut être occupée par un objet ou qui peut être vide, auquel cas sa représentation tridimensionnelle, et donc ses sous-représentations, sont ponctuelles. delimited space, part that can be occupied by an object or that can be empty, in which case its three-dimensional representation, and therefore its under-representations, are punctual.
Les moyens (i) et (ii) recouvrent en fait une seule notion, à savoir que le microscope comporte des moyens permettant de déterminer le décalage de phase affectant chaque image acquise, que ce soit du fait d'un contrôle actif des faisceaux d'éclairage ou de référence, de réglages préliminaires effectués, ou de l'utilisation d'algorithmes permettant le calcul à posteriori de ces écarts de phase à partir des données enregistrées. The means (i) and (ii) in fact cover a single notion, namely that the microscope comprises means for determining the phase shift affecting each acquired image, whether due to an active control of the beams of lighting or reference, preliminary adjustments made, or the use of algorithms allowing the subsequent calculation of these phase differences from the recorded data.
Le calcul de la représentation tridimensionnelle de l'objet n'implique pas nécessairement la détermination de la valeur complexe de l'onde reçue sur chaque surface de réception pour un éclairage donné. Par exemple si la variante décrite en 7. 18.6. est utilisée, seules des valeurs réelles correspondant à peu près à la partie réelle de la valeur complexe de ladite onde sont utilisées. Si la méthode décrite en 7. 18.5. est utilisée, la valeur complexe de l'onde reçue sur la surface de réception n'est pas non plus déterminée. The calculation of the three-dimensional representation of the object does not necessarily imply the determination of the complex value of the wave received on each receiving surface for a given illumination. For example if the variant described in 7. 18.6. is used, only real values corresponding approximately to the real part of the complex value of said wave are used. If the method described in 7. 18.5. is used, the complex value of the received wave on the receiving surface is not determined either.
3. 4. Solution du <problème A2>
Pour résoudre le <problème A2> il est nécessaire de connaître: - la position angulaire du récepteur par rapport à l'objet. 3. 4. Solution of <A2 problem>
To solve the <problem A2> it is necessary to know: - the angular position of the receiver relative to the object.
- la position en translation du récepteur par rapport à l'objet. the position in translation of the receiver with respect to the object.
La précision nécessaire sur la position angulaire du récepteur est de l'ordre du degré et peut raisonnablement être atteinte par des moyens mécaniques. The necessary precision on the angular position of the receiver is of the order of the degree and can reasonably be reached by mechanical means.
L'onde de référence utilisée dans le récepteur a un point d'origine virtuel dans l'objet observé. Ce point d'origine virtuel peut servir à repérer la position du récepteur par rapport à l'objet. Si on suppose que le système est tel que le point d'origine de l'onde de référence corresponde à un point fixe dans l'échantillon, on peut montrer que la représentation spatiale tridimensionnelle générée par le <système 2> est centrée sur ce point. Un déplacement de ce point se traduit donc par une translation de l'image tridimensionnelle générée. Si ce point bouge par rapport à l'objet au cours de la phase d'acquisition des représentations fréquentielles bidimensionnelles, l'effet est que la représentation obtenue sera la superposition de représentations partielles translatées les unes par rapport aux autres. Un déplacement de ce point par rapport à l'objet se traduit donc par un brouillage de l'image sur une distance équivalente à la distance de déplacement. Contrairement au <problème Al>, le <problème A2> ne se traduit donc pas automatiquement par une disparition de l'image, mais par une baisse de résolution. The reference wave used in the receiver has a virtual point of origin in the object being observed. This virtual point of origin can be used to locate the position of the receiver relative to the object. If we assume that the system is such that the origin point of the reference wave corresponds to a fixed point in the sample, we can show that the three-dimensional spatial representation generated by the <system 2> is centered on this point . A displacement of this point is thus translated by a translation of the generated three-dimensional image. If this point moves with respect to the object during the acquisition phase of two-dimensional frequency representations, the effect is that the representation obtained will be the superposition of partial representations that are translated relative to each other. A displacement of this point with respect to the object thus results in a scrambling of the image over a distance equivalent to the displacement distance. Contrary to the <Al problem>, the <A2 problem> does not automatically result in a disappearance of the image, but by a decrease in resolution.
3.4.1. dans le <système 1>
Dans le <système 1>, l'adoption de la configuration physique définie par [Hufnagel] rend en principe possible la résolution du <problème A2>. 3.4.1. in the <system 1>
In <system 1>, the adoption of the physical configuration defined by [Hufnagel] makes possible in principle the resolution of the <A2 problem>.
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Toutefois une résolution effective suppose non seulement un système mécanique permettant la connaissance du mouvement de l'objet, mais également dans la prise en compte de ce mouvement dans la définition des algorithmes et/ou un réglage approprié du système. En l'abscence de précautions particulières, le point d'origine de l'onde de référence se déplace par rapport à l'objet sur un cercle centré sur l'axe de rotation de l'objet. Si ce déplacement est important, cet effet détruit l'image. Si ce déplacement est faible, la résolution dans le plan de ce cercle est affectée en proportion de l'amplitude du déplacement. However an effective resolution supposes not only a mechanical system allowing the knowledge of the movement of the object, but also in the taking into account of this movement in the definition of the algorithms and / or an appropriate setting of the system. In the absence of special precautions, the origin point of the reference wave moves relative to the object on a circle centered on the axis of rotation of the object. If this displacement is important, this effect destroys the image. If this displacement is small, the resolution in the plane of this circle is affected in proportion to the amplitude of the displacement.
Pour résoudre le <problème A2> en l'abscence d'algorithme de compensation spécifique, le point d'origine de l'onde de référence doit être sur l'axe de rotation de l'objet. Cette condition est à priori difficile à réaliser. [Turpin] ne mentionne pas ce problème et ne précise aucun moyen de réglage approprié. To solve the <A2 problem> in the absence of a specific compensation algorithm, the origin point of the reference wave must be on the axis of rotation of the object. This condition is a priori difficult to achieve. [Turpin] does not mention this problem and does not specify any suitable means of adjustment.
3. 4.2. Selon une version de l'invention
L'invention permet de résoudre le <problème Al>. Par conséquence, un ensemble de représentations fréquentielles bidimensionnelles peut être constitué en faisant varier la direction du faisceau d'éclairage et il n'est pas indispensable de faire varier la position du récepteur. Selon une version de l'invention, le récepteur est donc fixe par rapport à l'objet. En l'abscence de mouvement relatif entre l'objet et le récepteur, la position de l'objet peut donc être connue et le <problème A2> peut donc être résolu. Dans le cas ou le récepteur utilise une seule onde de référence centrée sur un point de l'objet, les représentations fréquentielles obtenues seront toutes relatives à ce même point de l'objet et aucune compensation algorithmique n'est donc nécessaire. 3. 4.2. According to one version of the invention
The invention solves the <problem Al>. Consequently, a set of two-dimensional frequency representations can be constituted by varying the direction of the illumination beam and it is not necessary to vary the position of the receiver. According to one version of the invention, the receiver is fixed with respect to the object. In the absence of relative movement between the object and the receiver, the position of the object can be known and the <A2 problem> can be solved. In the case where the receiver uses a single reference wave centered on a point of the object, the frequency representations obtained will all be relative to this same point of the object and no algorithmic compensation is therefore necessary.
3. 5. Application de l'invention pour rendre fonctionnels des systèmes dérivés de [Turpinl. 3. Application of the invention to render functional systems derived from [Turpinl.
Le <système 1> et le <système 2> ne sont pas rendus fonctionnels par la présente invention qui ne permet pas de résoudre le <problème A2> dans le cas le plus général. The <system 1> and the <system 2> are not made functional by the present invention which does not solve the <problem A2> in the most general case.
A partir du <système 2>, on peut dériver un système simplifié dans lequel la position du récepteur et la position de l'objet sont fixes, et dans lequel l'onde d'éclairage a une direction variable. On appellera <système 3> le système ainsi modifié. Dans ce système, le <problème A2> est résolu par l'abscence de mouvement relatif entre l'objet et le récepteur. Le <problème Al> est résolu par la méthode précisée en 3. 3.2. From <system 2>, one can derive a simplified system in which the position of the receiver and the position of the object are fixed, and in which the illumination wave has a variable direction. The system thus modified will be called <system 3>. In this system, the <A2 problem> is solved by the absence of relative motion between the object and the receiver. The <Al problem> is solved by the method specified in 3. 3.2.
Dans le <système 1>, le <problème A2> peut être résolu, lorsque on utilise par exemple un échantillon plan, en effectuant un réglage destiné à vérifier les conditions suivantes: (i) - L'image de l'onde de référence sur le image CCD array de la Fig. 1 du document [Turpin 3] doit être ponctuelle. In <system 1>, the <A2 problem> can be solved, for example when using a planar sample, by making an adjustment to verify the following conditions: (i) - the image of the reference wave on the CCD array image of FIG. 1 of the document [Turpin 3] must be punctual.
(ii)- Lorsque l'objet effectue une rotation de 180 degrés, l'image obtenue doit être symétrisée par rapport à un axe passant par le point image de l'onde de référence. (ii) - When the object rotates 180 degrees, the resulting image must be symmetrical with respect to an axis passing through the image point of the reference wave.
La position du image CCD array doit être ajustée pour vérifier (i). The position of the CCD array must be adjusted to check (i).
La position de l'ensemble du récepteur doit être ajustée pour vérifier (ii). The position of the receiver assembly must be adjusted to check (ii).
Cette solution est toutefois assez imparfaite, dépendant essentiellement d'une appréciation visuelle. This solution is however rather imperfect, depending essentially on a visual appreciation.
Elle ne peut raisonnablement être utilisée que pour des objets très simples. It can only reasonably be used for very simple objects.
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Néanmoins, moyennant l'usage de cette méthode, le <système 1> peut être rendu fonctionnel. Si à partir du <système 1> ainsi rendu fonctionnel on autorise en plus la variation de l'onde d'éclairage, on obtient un dispositif que l'on appellera <système 4> qui est également rendu fonctionnel par la présente invention. Dans ce système, le <problème Al> est résolu par la méthode précisée en 3.3.2. Nevertheless, by using this method, <system 1> can be made functional. If from the <system 1> thus made functional is further authorized the variation of the illumination wave, we obtain a device that will be called <system 4> which is also made functional by the present invention. In this system, the <Al problem> is solved by the method specified in 3.3.2.
Les <système 3> et <système 4> constituent des modes de réalisation proches de l'état de la technique. Néanmoins ils restent peu efficaces et diffèrent notablement des modes de réalisation 1 à 5 décrits dans la suite du présent brevet. <System 3> and <system 4> are embodiments close to the state of the art. Nevertheless, they remain ineffective and differ significantly from embodiments 1 to 5 described later in this patent.
3. 6. Méthodes de recalage en phase
3. 6.1. Méthode générale de recalage en phase
On considère une partie de la représentation tridimensionnelle de l'objet: - constituée par un sous-ensemble A de la représentation tridimensionnelle. 3. 6. Recalibration methods in phase
3. 6.1. General method of phase registration
We consider a part of the three-dimensional representation of the object: - constituted by a subset A of the three-dimensional representation.
- caractérisée par une fonction a(f) définie sur A et conventionellement nulle hors de A, ou/est le vecteur fréquence spatiale et a(f) la valeur de la représentation sur cette fréquence spatiale. affectée par un bruit gaussien, l'écart-type du bruit sur une fréquence donnée f étant # a (f). characterized by a function a (f) defined on A and conventionally zero out of A, where / is the spatial frequency vector and a (f) the value of the representation on this spatial frequency. affected by a Gaussian noise, the standard deviation of the noise on a given frequency f being # a (f).
On désignera cette sous-représentation par l'expression sous-représentation RA . On dira que A est le support de RA. This underrepresentation will be referred to as the RA subrepresentation. We will say that A is the support of RA.
On considère une seconde partie de la représentation tridimensionnelle de l'objet, constituée par un sous-ensemble B de la représentation tridimensionnelle, caractérisée par une fonction b(f) définie sur B.
affectée par un bruit gaussien b ( f , désignée par l'expression sous-représentation RB
Ces deux parties de la représentation sont décalées en phase l'une par rapport à l'autre et sont supposées avoir une intersection non vide. A partir de ces deux parties, on va générer une sousreprésentation RC définie sur un ensemble C = A u B (C est la réunion de A et B) et définie par une
fonction c(/) affectée par un bruit gaussien (Je ( fez . Consider a second part of the three-dimensional representation of the object, constituted by a subset B of the three-dimensional representation, characterized by a function b (f) defined on B.
affected by a Gaussian noise b (f, denoted by the expression RB underrepresentation
These two parts of the representation are phase shifted with respect to each other and are assumed to have a non-empty intersection. From these two parts, we will generate a subrepresentation RC defined on a set C = A u B (C is the union of A and B) and defined by a
function c (/) affected by a Gaussian noise (Je (fez.
On peut procéder en deux temps: - un rapport complexe entre les deux représentations peut par exemple être obtenu par la formule:
(/M7) 2 2 les sommes sont sur ensemble vecteurs fré uences inclus dans y = -######-## les sommes sont sur un ensemble E de vecteurs fréquences inclus dans 1 b(J)1 2 les sommes sont sur ensemble vecteurs fréquences inclus dans f eE 07,, (f ) + Ub l'intersection des deux ensembles A et B, soit E c (A # B) . La différence de phase entre les deux représentations est l'argument de r. La différence de phase ainsi calculée est la différence de phase la plus probable connaissant les valeurs des représentations RA et RB sur l'ensemble E. One can proceed in two stages: a complex ratio between the two representations can for example be obtained by the formula:
(/ M7) 2 2 sums are on set frequency vectors included in y = - ###### - ## sums are on a set E of frequency vectors included in 1 b (J) 1 2 sums are on a set of frequency vectors included in f eE 07 ,, (f) + Ub the intersection of the two sets A and B, ie E c (A # B). The phase difference between the two representations is the argument of r. The phase difference thus calculated is the most probable phase difference knowing the values of the representations RA and RB on the set E.
- la représentation RB peut être recalée en phase par rapport à RA en la multipliant par le rapport r:
b( f E-- r. b( f ou le signe <- désigne l'affectation. the representation RB can be adjusted in phase with respect to RA by multiplying it by the ratio r:
b (f E - r) b (f or the sign <- indicates the assignment.
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- la fonction c peut être obtenue par exemple par la formule:
/) , + b(f) 2 2(f) c(f) = 0-; f) Ub 1 1 1~ o- (J) o- (1) Les valeurs ainsi affectées à la représentation RC sont les valeurs les plus probables connaissant les représentations RA et RB recalées en phase.
-la fonction 0- c (1) peut être obtenue par exemple par la formule: 1 1 1 6cl.f) al,Î)+bt.f)
L'ensemble des deux opérations précédentes constitue le regroupement de RA et RB
Des explications plus détaillées sur le calcul de ces fonctions sous forme de tableaux sont données au paragraphe 7.17.1. Les formules indiquées ci-dessus pour le recalage de phase effectuent simultanément une normalisation en intensité, qui toutefois n'est pas indispensable. the function c can be obtained for example by the formula:
/), + b (f) 2 2 (f) c (f) = 0-; f) Ub 1 1 1 ~ o- (J) o- (1) The values thus assigned to the representation RC are the most probable values knowing the representations RA and RB recalibrated in phase.
the function 0 -C (1) can be obtained for example by the formula: ## STR1 ##
All of the two previous operations constitute the grouping of RA and RB
More detailed explanations of the calculation of these functions in tabular form are given in paragraph 7.17.1. The formulas indicated above for the phase registration perform simultaneous intensity normalization, which however is not essential.
Cette méthode permet, à partir de deux sous-représentations RA et RB dont les supports A et B ont une intersection non vide, d'obtenir une sous-représentation RC correspondant à la superposition de RA et RB. This method makes it possible, from two subrepresentations RA and RB whose supports A and B have a non-empty intersection, to obtain a subrepresentation RC corresponding to the superposition of RA and RB.
Si la représentation fréquentielle tridimensionnelle de l'objet doit être reconstituée à partir de nombreuses sous-représentations dont les phases ne sont pas connues, la méthode ci-dessus, appliquée itérativement, permet de grouper toutes ces sous-représentations. Par exemple, on peut partir d'une sousreprésentation donnée, la grouper avec une seconde sous-représentation. On peut ensuite partir de la sousreprésentation générée par ce groupement, et la grouper avec une sous-représentation supplémentaire. En répétant cette opération de groupement jusqu'à ce que toutes les sous-représentations aient été intégrées dans une représentation globale, on obtient finalement la représentation fréquentielle tridimensionnelle de l'objet. Les seules conditions devant être vérifiées pour que cette méthode aboutisse sont: - qu'aucune sous-représentation ou groupe de sous-représentations n'ait une intersection vide avec l'ensemble des autres sous-représentations. If the three-dimensional frequency representation of the object must be reconstituted from many sub-representations whose phases are not known, the above method, applied iteratively, allows to group all these sub-representations. For example, one can start from a given underrepresentation, group it with a second underrepresentation. We can then start from the underrepresentation generated by this group, and group it with additional subrepresentation. By repeating this grouping operation until all the sub-representations have been integrated into a global representation, the three-dimensional frequency representation of the object is finally obtained. The only conditions that must be satisfied for this method to succeed are: - no under-representation or group of sub-representations has an empty intersection with all other sub-representations.
- que l'objet n'ait pas une représentation fréquentielle trop singulière, qui serait par exemple nulle sur un ensemble de points séparant en deux sa représentation fréquentielle tridimensionnelle. - that the object does not have a very singular frequency representation, which would be for example zero on a set of points separating in two its three-dimensional frequency representation.
Ces conditions sont facilement satisfaites pour la plupart des objets biologiques dès lors qu'un nombre élevé de représentations est acquis. These conditions are easily satisfied for most biological objects when a large number of representations are acquired.
Par exemple: - dans le cas du <système 3>, une sous-représentation est constituée par une représentation fréquentielle bidimensionnelle obtenue pour une onde d'éclairage donnée. For example: - in the case of <system 3>, an underrepresentation is constituted by a two-dimensional frequency representation obtained for a given lighting wave.
- dans le cas du <système 4>, une sous-représentation est constituée par l'ensemble des représentations fréquentielles bidimensionnelles obtenues pour une onde d'éclairage donnée lorsque l'objet est déplacé en rotation. in the case of <system 4>, an under-representation is constituted by the set of two-dimensional frequency representations obtained for a given lighting wave when the object is moved in rotation.
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- dans le cas du mode de réalisation 5, paragraphe 9. 19., une sous-représentation est constituée par une représentation fréquentielle bidimensionnelle obtenues pour une onde d'éclairage donnée. Un nombre réduit de sous-représentations est d'abord regroupé en une représentation de base ayant une intersection non nulle avec toutes les autres sous-représentation obtenues dans des conditions similaires. L'ensemble des représentation est alors recalé en phase par rapport à la représentation de base, puis une représentation globale est générée. in the case of embodiment 5, paragraph 9. 19., an under-representation is constituted by a two-dimensional frequency representation obtained for a given illumination wave. A reduced number of sub-representations is first grouped into a base representation having a non-zero intersection with all other underrepresentations obtained under similar conditions. The set of representations is then adjusted in phase with respect to the basic representation, then a global representation is generated.
- dans les modes de réalisation 3,4,5, quatre sous-représentations intermédiaires sont à chaque fois générées, comme expliqué en 7.17.1.1. Ces quatre représentations sont réunies en une seule par application de cette méthode générale. in embodiments 3,4,5, four intermediate sub-representations are generated each time, as explained in 7.17.1.1. These four representations are united in one by application of this general method.
Selon une version de l'invention, le microscope comporte des moyens pour: - déterminer, pour chaque sous-représentation RB, un coefficient caractérisant l'écart de phase entre cette sous-représentation et une autre sous-représentation, partie de sous-représentation ou groupe de sousreprésentations RA, ce coefficient étant calculé à partir des valeurs de RA et RB sur un ensemble inclus dans l'intersection des supports de RA et de RB. According to one version of the invention, the microscope comprises means for: - determining, for each underrepresentation RB, a coefficient characterizing the phase difference between this underrepresentation and another underrepresentation, part of underrepresentation or group of subrepresentations RA, this coefficient being calculated from the values of RA and RB on a set included in the intersection of the supports of RA and RB.
- corriger la phase de RB de manière à obtenir pour RB la même référence de phase que pour RA. - correct the phase of RB so as to obtain for RB the same phase reference as for RA.
Selon une version de l'invention, le microscope comporte des moyens pour: - déterminer, pour une sous-représentation RB donnée, la représentation fréquentielle RC résultant du regroupement de RB avec une autre sous-représentations RA. According to one version of the invention, the microscope comprises means for: - determining, for a given subrepresentation RB, the frequency representation RC resulting from the grouping of RB with another subrepresentations RA.
- déterminer un coefficient caractéristique du bruit affectant RC défini sur l'ensemble du support de RC, obtenu à partir d'un coefficient caractéristique du bruit affectant RA et défini sur le support de RA, et à partir d'un coefficient caractéristique du bruit affectant RB et défini sur le support de RB. determining a characteristic coefficient of the noise affecting RC defined over the entire RC support, obtained from a characteristic coefficient of the noise affecting RA and defined on the support of RA, and from a characteristic coefficient of the noise affecting RB and defined on the RB support.
Les méthodes utilisées peuvent différer du formalisme exposé plus haut. Par exemple dans le mode de réalisation 1 le rapport r permettant le recalage en phase est calculé par une formule différant notablement de celle indiquée içi. Dans le même mode de réalisation, la quantité 1/#2c(f) est assimilée aux nombre N de représentations fréquentielles atteignant un point donné. The methods used may differ from the formalism outlined above. For example, in the embodiment 1 the ratio r allowing the phase registration is calculated by a formula differing significantly from that indicated here. In the same embodiment, the quantity 1 / # 2c (f) is assimilated to the number N of frequency representations reaching a given point.
Les calculs peuvent être groupés : recalage en phase de chaque sous-représentation, celles-ci peuvent être réunies en une représentation globale, sans calculer chaque sous-représentation intermédiaire. The calculations can be grouped: phase registration of each subrepresentation, these can be combined into a global representation, without calculating each intermediate under-representation.
C'est ce qui est fait dans l'ensemble des modes de réalisation pour grouper des sous-représentations bidimensionnelles en sous-représentations tridimensionnelles complètes ou partielles. This is done in the set of embodiments to group two-dimensional sub-representations into full or partial three-dimensional sub-representations.
Il est possible de calculer des représentations de l'objet sans passer formellement par sa représentation fréquentielle tridimensionnelle. Par exemple en 7.17.3.3. une représentation confocale de l'objet est générée en utilisant pour la représentation fréquentielle finale une valeur en chaque point qui est la somme des valeurs obtenues pour chaque représentation atteignant ce point. La représentation ainsi obtenue n'est pas à proprement parler une représentation fréquentielle de l'objet mais est tout de même It is possible to calculate representations of the object without formally passing through its three-dimensional frequency representation. For example in 7.17.3.3. a confocal representation of the object is generated by using for the final frequency representation a value at each point which is the sum of the values obtained for each representation reaching this point. The representation thus obtained is not, strictly speaking, a frequency representation of the object but is nevertheless
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porteuse d'informations sur cet objet. Il est également possible de générer des représentations réelles de l'indice ou de l'absorptivité. Ces représentations peuvent être générées de manière simple en passant par l'intermédiaire de la représentation fréquentielle de l'objet, toutefois il est également possible de modifier les algorithmes pour ne pas utiliser formellement cet intermédiaire. carrier of information about this object. It is also possible to generate real representations of the index or the absorptivity. These representations can be generated in a simple way by passing through the frequency representation of the object, however it is also possible to modify the algorithms to not formally use this intermediate.
3. 6.2. Recalage en phase absolu
La méthode explicitée en 3.6.1. permet d'obtenir une représentation tridimensionnelle de l'objet. 3. 6.2. Absolute phase registration
The method explained in 3.6.1. allows to obtain a three-dimensional representation of the object.
Toutefois, la phase globale de cette représentation tridimensionnelle reste arbitraire. However, the overall phase of this three-dimensional representation remains arbitrary.
Dans la représentation tridimensionnelle spatiale de l'objet, obtenue à partir de la représentation fréquentielle tridimensionnelle par transformation de Fourier inverse, le nombre complexe associé à chaque point caractérise l'absorptivité et l'indice de l'objet au point considéré. Si la phase globale de la représentation tridimensionnelle est choisie de manière appropriée, la partie réelle dudit nombre complexe caractérise l'absorptivité locale de l'objet et la partie imaginaire dudit nombre complexe caractérise l'indice local de l'objet. La phase globale est choisie de manière appropriée lorsque le point origine de la représentation fréquentielle tridimensionnelle a une valeur réelle. In the three-dimensional spatial representation of the object, obtained from the three-dimensional frequency representation by inverse Fourier transformation, the complex number associated with each point characterizes the absorptivity and the index of the object at the point considered. If the overall phase of the three-dimensional representation is appropriately selected, the real part of said complex number characterizes the local absorptivity of the object and the imaginary part of said complex number characterizes the local index of the object. The overall phase is appropriately selected when the origin point of the three-dimensional frequency representation has a real value.
Selon une version de l'invention, et dans les cas ou le point origine de la représentation fréquentielle tridimensionnelle fait partie des points qui ont été acquis, le microscope comporte des moyens pour diviser, par sa valeur au point origine, la représentation fréquentielle tridimensionnelle obtenue par la méthode détaillée en 3.6.1. Ceci permet d'obtenir une représentation spatiale dans laquelle la partie réelle et la partie imaginaire des nombres complexes représentent respectivement l'absorptivité locale et l'indice local. Ceci permet également de normaliser l'ensemble de la représentation. According to a version of the invention, and in cases where the origin point of the three-dimensional frequency representation is one of the points that have been acquired, the microscope comprises means for dividing, by its value at the origin point, the three-dimensional frequency representation obtained. by the method detailed in 3.6.1. This makes it possible to obtain a spatial representation in which the real part and the imaginary part of the complex numbers respectively represent the local absorptivity and the local index. This also makes it possible to standardize the whole representation.
Lorsque le point origine de la représentation fréquentielle tridimensionnelle ne fait pas partie des points qui ont été acquis, cette opération est impossible. L'opérateur qui visualise une image visualise alors par exemple la partie réelle du nombre complexe, et doit choisir intuitivement la phase globale de la représentation de manière à obtenir l'image la plus contrastée possible. When the origin point of the three-dimensional frequency representation is not one of the points that have been acquired, this operation is impossible. The operator who visualizes an image then visualizes for example the real part of the complex number, and must intuitively choose the overall phase of the representation so as to obtain the most contrasted image possible.
3. 6.3. Recalage en phase par rapport à l'onde d'éclairage
Les algorithmes généraux de recalage en phase définis plus haut présentent le défaut d'être d'une mise en oeuvre relativement complexe. Une version simplifiée peut être obtenue lorsque le système d'acquisition permet l'acquisition de la partie non diffractée de l'onde d'éclairage. Celle-ci a une image ponctuelle sur la surface de référence, qui correspond au point origine de la représentation fréquentielle tridimensionnelle de l'objet. Ce point est commun à toutes les représentations fréquentielles bidimensionnelles. 3. 6.3. Phase registration with respect to the illumination wave
The general phase alignment algorithms defined above have the defect of being of a relatively complex implementation. A simplified version can be obtained when the acquisition system allows the acquisition of the non-diffracted portion of the illumination wave. This has a point image on the reference surface, which corresponds to the origin point of the three-dimensional frequency representation of the object. This point is common to all two-dimensional frequency representations.
Le recalage en phase décrit en 3.6.1. peut alors s'effectuer par rapport à la partie de sousreprésentation constituée par ce point unique. Ce recalage peut être groupé avec le recalage absolu décrit en 3. 6.2. L'ensemble des deux recalages revient alors à diviser chaque image plane en fréquence par sa valeur au point image de l'onde d'éclairage. Selon une version de l'invention, le recalage en phase des représentations fréquentielles bidimensionnelles est effectué en divisant chacune de ces représentations par The phase registration described in 3.6.1. can then be performed with respect to the part of underrepresentation constituted by this single point. This registration may be grouped with the absolute registration described in 3. 6.2. The set of two recalculations then amounts to dividing each plane image into frequency by its value at the image point of the illumination wave. According to one version of the invention, the phase registration of two-dimensional frequency representations is performed by dividing each of these representations by
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sa valeur au point correspondant à l'onde d'éclairage. Cette méthode est utilisée par exemple dans les modes de réalisation 1,2,3 et 4. its value at the point corresponding to the illumination wave. This method is used for example in embodiments 1,2,3 and 4.
3. 6.4. Recalage en phase uar rapport à des valeurs de nhase préenregistrées
Une représentation fréquentielle tridimensionnelle de l'objet est obtenue à partir d'une série de représentations fréquentielles bidimensionnelles correspondant chacune à un faisceau d'éclairage différent. 3. 6.4. Recalibration in uar phase compared to pre-recorded nhase values
A three-dimensional frequency representation of the object is obtained from a series of two-dimensional frequency representations each corresponding to a different lighting beam.
Chacune de ces représentations fréquentielles bidimensionnelles peut être recalée en phase par rapport à la sous-représentation constituée par le point origine seul, comme indiqué en 3. 6.4. Toutefois, l'intensité élevée du point correspondant sur chaque représentation fréquentielle bidimensionnelle rend difficile l'acquisition simultanée du reste de la représentation. Selon une version de l'invention, l'acquisition des images planes en fréquence est effectuée en deux temps: - une phase préliminaire, aucours de laquelle sont enregistrées les valeurs obtenues au point image de l'onde d'éclairage, pour chaque onde d'éclairage. Each of these two-dimensional frequency representations can be recalibrated in phase with respect to the underrepresentation constituted by the origin point alone, as indicated in 3. 6.4. However, the high intensity of the corresponding point on each two-dimensional frequency representation makes it difficult to simultaneously acquire the remainder of the representation. According to one version of the invention, the acquisition of the plane images in frequency is carried out in two stages: - a preliminary phase, during which are recorded the values obtained at the image point of the illumination wave, for each wave of 'lighting.
- une phase d'acquisition proprement dite, aucours de laquelle le faisceau direct peut être occulté et aucours de laquelle les valeurs des images planes en fréquence sont enregistrées. - An actual acquisition phase, during which the direct beam can be hidden and during which the values of the frequency-plane images are recorded.
Une image plane en fréquence, ou de manière équivalente une représentation fréquentielle bidimensionnelle, peut alors être obtenue pour chaque onde d'éclairage à partir de ces deux enregistrements, la valeur au point image de l'onde d'éclairage étant obtenue à partir du premier enregistrement et la valeur en tout autre point étant obtenue à partir du deuxième enregistrement. La méthode décrite en 3. 6.4. peut alors être appliquée à chaque représentation fréquentielle bidimensionnelle obtenue. A plane frequency image, or equivalently a two-dimensional frequency representation, can then be obtained for each illumination wave from these two recordings, the value at the image point of the illumination wave being obtained from the first recording and the value at any other point being obtained from the second record. The method described in 3. 6.4. can then be applied to each two-dimensional frequency representation obtained.
Lorsque une série de représentations fréquentielles bidimensionnelles est réalisée, par exemple pour 'filmer' le mouvement de cellules, la phase préliminaire ne doit pas être répétée. Il suffit de l'effectuer une fois avant le début des acquisitions. When a series of two-dimensional frequency representations is performed, for example to 'film' the motion of cells, the preliminary phase should not be repeated. Just do it once before the start of the acquisitions.
Pour que cette méthode soit fonctionnelle, la différence de phase entre le faisceau d'éclairage et le faisceau de référence, au niveau de la surface de réception, doit être reproductible. Les systèmes de génération du faisceau d'éclairage utilisés dans les modes de réalisation 3,4 et 5 vérifient cette condition. For this method to be functional, the phase difference between the illumination beam and the reference beam at the receiving surface must be reproducible. The lighting beam generation systems used in Embodiments 3,4 and 5 satisfy this condition.
3. 6.5. Recalage en phase par rapport à une image de référence. 3. 6.5. Phase registration in relation to a reference image.
La méthode décrite en 3. 6.4. suppose la reproductibilité des faisceaux d'éclairage. La méthode décrite en 3. 6.3., dans le cas ou plusieurs objectifs sont utilisés, suppose un décalage de phase constant entre les ondes reçues sur chacun de ces objectifs. Toutefois, dans les modes de réalisation 3,4 et 5, les vibrations peuvent rendre ces méthodes inopérantes ou peu robustes. Pour que les résultats soient fiables, il est nécessaire de compenser ces vibrations. The method described in 3. 6.4. assumes the reproducibility of the lighting beams. The method described in 3. 6.3., In the case where several objectives are used, assumes a constant phase shift between the waves received on each of these objectives. However, in embodiments 3,4 and 5, the vibrations may render these methods inoperative or not robust. For the results to be reliable, it is necessary to compensate for these vibrations.
A cette fin, le système peut acquérir périodiquement une image de référence. L'image de référence consiste en une image plane en fréquence obtenue pour une onde d'éclairage fixe, qui n'est pas modifiée quand l'onde d'éclairage servant à obtenir les images planes en fréquence 'utiles' varie. A chaque image plane en fréquence correspond alors une image de référence acquise à un instant proche. Une image de référence acquise à un instant initial est choisie comme référence absolue. On entend par image 'utile' une For this purpose, the system can periodically acquire a reference image. The reference image consists of a plane frequency image obtained for a fixed illumination wave, which is not modified when the illumination wave used to obtain the 'useful' frequency plane images varies. Each plane frequency image then corresponds to a reference image acquired at a close instant. A reference image acquired at an initial moment is chosen as absolute reference. By 'useful' image is meant a
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image à partir de laquelle on calculera une représentation fréquentielle bidimensionnelle utilisée pour générer la représentation de l'objet. image from which a two-dimensional frequency representation used to generate the representation of the object will be calculated.
On note m(f) une image plane en fréquence 'utile'obtenue sur une surface de réception donnée et
h(f ) l'image de référence correspondante. On note ho(J) l'image de référence choisie comme référence absolue, obtenue sur la même surface de réception. freprésente la projection plane de la fréquence et est donc un vecteur à deux dimensions variant sur l'ensemble de la surface de réception. On note cr(/) l'écarttype du bruit gaussien affectant la fonction /?(/) en chaque point. We denote m (f) a plane image in 'useful' frequency obtained on a given reception surface and
h (f) the corresponding reference image. We denote by ho (J) the reference image chosen as absolute reference, obtained on the same reception surface. Frepresents the plane projection of the frequency and is therefore a two-dimensional vector varying over the entire receiving surface. We denote by cr (/) the standard deviation of the Gaussian noise affecting the function /? (/) At each point.
La variation de phase d'origine vibratoire peut par exemple être caractérisée par le coefficient
ho ( 2 h(.Î a2 (J) lh(f)12~ f a2(J) qui représente l'écart de phase le plus probable entre les images de référence /?(/) et ho(f).
L'image m(f) peut alors être recalée en phase comme suit :
m(f) r.m(f) ou le signe <- désigne l'affectation. The phase variation of vibratory origin can for example be characterized by the coefficient
ho (2h (.i a2 (J) lh (f) 12 ~ f a2 (J) which represents the most probable phase difference between the reference images /? (/) and ho (f).
The image m (f) can then be recalibrated in phase as follows:
m (f) rm (f) or the sign <- designates the assignment.
Lorsque ce recalage en phase a été effectué les images planes en fréquence ainsi recalées en phase peuvent être utilisées dans les algorithmes définis en 3. 6.3. et 3.6.4. When this phase registration has been carried out, the frequency-plane images thus recalibrated in phase can be used in the algorithms defined in 3. 6.3. and 3.6.4.
Si le système est totalement exempt de vibrations ce recalage préliminaire n'est pas nécessaire. If the system is totally vibration free, this preliminary registration is not necessary.
Si les vibrations sont de basse fréquence, l'image de référence peut n'être acquise qu'à une fréquence peu élevée, supérieure toutefois à la fréquence des vibrations du système. If the vibrations are of low frequency, the reference image can be acquired only at a low frequency, however higher than the frequency of the vibrations of the system.
Si les vibrations sont fortes, il est possible d'acquérir une image de référence à chaque image utile. If the vibrations are strong, it is possible to acquire a reference image to each useful image.
En présence de vibrations, - ce recalage préliminaire est indispensable à l'application de l'algorithme défini en 3.6.4. In the presence of vibrations, this preliminary registration is essential for the application of the algorithm defined in 3.6.4.
- ce recalage préliminaire n'est pas indispensable à l'application de l'algorithme défini en 3. 6.3. dans le cas ou un seul objectif est utilisé. Cependant, dans le cas ou plusieurs objectifs sont utilisés, il permet de fixer la différence de phase entre les images planes en fréquence générées à partir de chaque objectif. Dans ce cas, il est donc également indispensable. - this preliminary registration is not essential for the application of the algorithm defined in 3. 6.3. in the case where only one objective is used. However, in the case where several objectives are used, it makes it possible to fix the phase difference between the plane frequency images generated from each objective. In this case, it is therefore also essential.
Cette technique est utilisée dans les modes de réalisation 3 et 4 et décrite en 7.17. Elle est également utilisée dans le mode de réalisation 5 lorsque le recalage en phase est effectué conformément au paragraphe 9.18. This technique is used in Embodiments 3 and 4 and described in 7.17. It is also used in embodiment 5 when the phase registration is performed in accordance with paragraph 9.18.
Une version de l'invention consiste donc à acquérir périodiquement des images de référence correspondant à une direction d'éclairage fixe, et à utiliser ces images pour compenser les écarts de phase d'origine vibratoire affectant les images planes en fréquence. One version of the invention therefore consists in periodically acquiring reference images corresponding to a fixed lighting direction, and in using these images to compensate for phase deviations of vibratory origin affecting the plane frequency images.
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3. 7. Caractérisation du vecteur d'onde de l'onde d'éclairage
Dans le <système 3> il est nécessaire de contrôler la direction de l'onde d'éclairage, c'est-à-dire son vecteur d'onde fe . Ceci est possible avec des moyens mécaniques. Néanmoins, ces moyens mécaniques doivent être d'une grande précision et sont d'une mise en oeuvre coûteuse. 3. 7. Characterization of the wave vector of the illumination wave
In <system 3> it is necessary to control the direction of the light wave, that is to say its wave vector fe. This is possible with mechanical means. Nevertheless, these mechanical means must be of great precision and are expensive to implement.
Dans les conditions définies en 3. 6.3., c'est-à-dire si le système d'acquisition permet l'acquisition de la partie non diffractée de l'onde d'éclairage, la partie non diffractée de l'onde d'éclairage correspond à un maximum d'éclairement sur l'image plane en fréquence correspondante. Selon une version de l'invention, le microscope comporte des moyens pour déterminer les coordonnées de ce maximum et pour calculer, à partir de ces coordonnées, le vecteur d'onde fe de l'onde d'éclairage. Le vecteur ainsi obtenu est exprimé dans le repère utilisé pour calculer la représentation bidimensionnelle de l'onde diffractée. Cette méthode est utilisée par exemple dans les modes de réalisation 1 et 2. Under the conditions defined in 3. 6.3., That is, if the acquisition system allows the acquisition of the non-diffracted portion of the illumination wave, the non-diffracted part of the wave of lighting corresponds to a maximum of illumination on the plane image in corresponding frequency. According to one version of the invention, the microscope comprises means for determining the coordinates of this maximum and for calculating, from these coordinates, the wave vector f e of the illumination wave. The vector thus obtained is expressed in the reference used to calculate the two-dimensional representation of the diffracted wave. This method is used for example in Embodiments 1 and 2.
Toutefois, la présence de l'objet peut fausser légèrement la valeur du vecteur d'onde ainsi obtenu. However, the presence of the object may slightly distort the value of the wave vector thus obtained.
Selon une version de l'invention, les vecteurs d'onde fe de chaque onde d'éclairage sont obtenus dans une phase préliminaire ou l'objet est supprimé ou remplacé par une lame transparente. Les vecteurs d'onde ainsi obtenus ne sont donc pas faussés par la présence de l'objet. Cette méthode suppose que les vecteurs d'onde soient reproductibles d'une acquisition à l'autre. Par contre, elle évite de devoir calculer ces vecteurs d'onde en fonction de paramètres mécaniques. Cette méthode est utilisée dans les modes de réalisation 3,4 et 5. According to one version of the invention, the wave vectors fe of each illumination wave are obtained in a preliminary phase or the object is deleted or replaced by a transparent plate. The wave vectors thus obtained are therefore not distorted by the presence of the object. This method assumes that the wave vectors are reproducible from one acquisition to another. On the other hand, it avoids having to calculate these wave vectors as a function of mechanical parameters. This method is used in Embodiments 3,4 and 5.
3. 8. Caractéristiques du récepteur
3. 8.1. Utilisation d'un objectif de microscope
Le <système 3> permet de résoudre le <problème A> , mais le <problème B> reste notable dans ce système. Pour améliorer le système du point de vue du <problème B>, il est nécessaire d'augmenter l'ouverture du récepteur. Ceci peut être fait en remplaçant la lentille Nikkor, utilisée dans [Turpin 3] pour capter l'onde issue de l'objet, par un objectif de microscope à forte ouverture. Une version de l'invention consiste donc à utiliser comme récepteur un objectif de microscope à forte ouverture. 3. 8. Receiver Features
3. 8.1. Using a microscope objective
<System 3> resolves <problem A>, but <problem B> remains significant in this system. To improve the system from the point of view of <problem B>, it is necessary to increase the opening of the receiver. This can be done by replacing the Nikkor lens, used in [Turpin 3] to capture the wave from the object, by a high aperture microscope objective. One version of the invention therefore consists in using as a receiver a microscope objective with a large aperture.
3. 8.2. Utilisation du récepteur [Lauerl
Le récepteur utilisée dans [Turpin 3] présente en outre les deux défauts suivants: - L'onde parvenant au capteur, qui effectue un échantillonnage dans le domaine fréquentiel, doit avoir une extension limitée dans le domaine spatial, faute de quoi le repliement de spectre, dû au non-respect du critère de Nyquist sur le capteur, peut dégrader considérablement la qualité de l'image. Comme la zone éclairée n'a pas de limites nettes et en particulier peut être de taille différente selon l'angle d'arrivée du faisceau d'éclairage, le respect de cette condition implique un fort suréchantillonnage, l'ensemble de la zone éclairée, y compris la partie faiblement éclairée, devant être compris dans l'image générée, et ce quel que soit l'angle d'arrivée du faisceau d'éclairage et la position de l'échantillon. 3. 8.2. Using the receiver [Lauerl
The receiver used in [Turpin 3] also has the following two defects: - The wave arriving at the sensor, which carries out a sampling in the frequency domain, must have a limited extension in the space domain, otherwise spectrum folding , due to non-compliance with the Nyquist criterion on the sensor, can significantly degrade the quality of the image. As the illuminated area has no clear limits and in particular may be of different size depending on the arrival angle of the illumination beam, compliance with this condition implies a strong oversampling, the whole of the illuminated area, including the dimly lit part, to be included in the generated image, regardless of the angle of arrival of the lighting beam and the position of the sample.
- L'onde reçue sur la surface de réception correspond à une portion de sphère dans un espace tridimensionnel. [Turpin 3] l'assimile à une portion de plan, ce qui entraîne des perturbations notables. - The wave received on the receiving surface corresponds to a sphere portion in a three-dimensional space. [Turpin 3] likens it to a portion of a plane, which causes notable disturbances.
Dans le cas d'un objectif à forte ouverture, ces perturbations ne sont pas tolérables. In the case of a high-aperture lens, these disturbances are not tolerable.
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Ces deux défauts sont supprimés en utilisant pour le récepteur la configuration et les algorithmes définis par [Lauer]. Ceci permet d'obtenir effectivement des portions de sphère, et d'éviter le repliement de spectre par la présence d'un diaphragme. These two faults are removed by using for the receiver the configuration and the algorithms defined by [Lauer]. This makes it possible to effectively obtain portions of the sphere, and to avoid spectrum folding by the presence of a diaphragm.
Une version de l'invention consiste donc à utiliser comme récepteur le système défini par [Lauer]. One version of the invention therefore consists of using as receiver the system defined by [Lauer].
Cette version est par exemple mise en oeuvre dans le mode de réalisation 1. This version is for example implemented in embodiment 1.
3. 8.3. Utilisation d'une surface de réception dans un plan d'espace
En dehors de l'objectif de microscope lui-même, le système de réception [Lauer] présente une partie paraxiale permettant de modifier le signal optique capté par l'objectif, pour obtenir une représentation fréquentielle. Le signal issu de l'objectifpasse d'abord par le plan ou l'objectif forme normalement l'image de l'échantillon observé. Ce plan sera appelé plan d'espace. Il est ensuite transformé par un système paraxial de sorte que dans le plan ou est placée la surface de réception, une onde plane issue de l'objet ait une image ponctuelle. Ce plan, ou est placée la surface de réception, sera appelé plan de fréquence. La partie paraxiale du système optique utilisé peut comporter des plans d'espace ou de fréquence intermédiaires. La surface de réception peut être placée dans un plan d'espace, dans un plan de fréquence. ou dans un plan intermédiaire. Toutefois, pour simplifier les calculs, elle sera toujours placée soit dans un plan d'espace, soit dans un plan de fréquence. Pour que l'image reçue soit correcte, les conditions suivantes doivent en outre être respectées: - si la surface de réception est dans un plan de fréquence, l'onde de référence doit être centrée virtuellement en un point central de l'objet observé. 3. 8.3. Using a reception surface in a space plan
Apart from the microscope objective itself, the reception system [Lauer] has a paraxial portion for modifying the optical signal sensed by the objective, to obtain a frequency representation. The signal from the lens first passes through the plane or lens normally forms the image of the observed sample. This plan will be called space plan. It is then transformed by a paraxial system so that in the plane where the receiving surface is placed, a plane wave coming from the object has a point image. This plane, where the receiving surface is placed, will be called the frequency plan. The paraxial portion of the optical system used may comprise intermediate space or frequency planes. The receiving surface may be placed in a space plane, in a frequency plane. or in an intermediate plan. However, to simplify the calculations, it will always be placed either in a space plan or in a frequency plan. In order for the received image to be correct, the following conditions must also be met: - if the receiving surface is in a frequency plane, the reference wave must be centered virtually at a central point of the observed object.
- si la surface de réception est dans un plan d'espace, l'onde de référence doit être l'image d'une onde virtuelle qui est plane à la traversée de l'objet observé. if the reception surface is in a space plane, the reference wave must be the image of a virtual wave which is plane at the crossing of the observed object.
Dans ces conditions, le signal détecté sur une surface réception placée dans un plan de fréquence est la transformée de Fourier optique du signal qui serait détecté dans un plan d'espace. Une version de l'invention constituant une alternative au récepteur [Lauer] est donc d'utiliser une surface de réception positionnée dans un plan d'espace et une onde de référence qui est l'image d'une onde virtuelle plane à la traversée de l'objet observé. Une transformée de Fourier numérique remplace alors la transformée de Fourier optique. Under these conditions, the signal detected on a reception surface placed in a frequency plane is the optical Fourier transform of the signal that would be detected in a space plane. A version of the invention constituting an alternative to the receiver [Lauer] is therefore to use a receiving surface positioned in a space plane and a reference wave which is the image of a plane virtual wave at the crossing of the observed object. A digital Fourier transform then replaces the optical Fourier transform.
Les modes de réalisation numéro 1,3,4 utilisent une réception dans un plan de fréquence et les modes de réalisation numéro 2 et 5 utilisent une réception dans un plan d'espace. L' image plane en fréquence définie en 3.1. peut donc être obtenue soit directement sur une surface de réception placée dans un plan de fréquence, soit par transformation de Fourier d'une image reçue sur une surface de réception placée dans un plan d'espace. Embodiments 1, 3, 4 use receive in a frequency plan and embodiments 2 and 5 use receive in a space plan. The plane image in frequency defined in 3.1. can thus be obtained either directly on a reception surface placed in a frequency plane, or by Fourier transformation of an image received on a reception surface placed in a space plane.
3. 9. Atténuation de faisceau
Dans le cas ou le capteur est placé dans un plan d'espace, l'onde d'éclairage directe a comme représentation sur le capteur une valeur de module constant qui se superpose à l'onde diffractée par l'objet. 3. 9. Beam attenuation
In the case where the sensor is placed in a space plane, the direct lighting wave has as representation on the sensor a constant module value which is superimposed on the wave diffracted by the object.
Une onde diffractée trop faible par rapport à ce niveau de base constant ne peut pas être détectée correctement. Par contre, ce niveau de base est peu élevé car l'intensité du faisceau de référence est répartie A diffracted wave too weak relative to this constant base level can not be detected correctly. However, this basic level is low because the intensity of the reference beam is distributed
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sur tout le capteur, ce qui permet en général l'obtention de bonnes images. Dans le cas ou le capteur est placé dans un plan de fréquence, l'onde d'éclairage se concentre en un point et comme précédemment, une onde diffractée trop faible par rapport à ce niveau de base constant ne peut pas être détectée correctement. on the whole sensor, which generally makes it possible to obtain good images. In the case where the sensor is placed in a frequency plane, the illumination wave is concentrated at a point and as before, a diffracted wave too weak relative to this constant base level can not be correctly detected.
L'onde étant concentrée en un point, ce niveau de base est élevé et cette limitation est gênante. Since the wave is concentrated at one point, this basic level is high and this limitation is troublesome.
Selon une version avantageuse de l'invention, un dispositif d'atténuation contrôlée du faisceau, ayant un ou plusieurs niveaux d'atténuation, est introduit pour résoudre ce problème. Le dispositif d'atténuation permet d'obtenir successivement plusieurs enregistrements différant par l'intensité de l'onde d'éclairage. Une valeur moins bruitée de l'onde diffractée est alors obtenue en combinant ces enregistrements. La valeur définitive de l'onde diffractée est par exemple calculée en chaque point à partir de l'enregistrement pour lequel l'intensité de l'onde reçue au point considéré est la plus élevée, mais pour lequel le capteur reste non-saturé au point considéré et en ses voisins immédiats pour l'ensemble des figures d'interférences permettant d'obtenir ledit enregistrement. According to an advantageous version of the invention, a controlled attenuation device of the beam, having one or more attenuation levels, is introduced to solve this problem. The attenuation device makes it possible to successively obtain several recordings differing by the intensity of the illumination wave. A less noisy value of the diffracted wave is then obtained by combining these recordings. The final value of the diffracted wave is for example calculated at each point from the recording for which the intensity of the wave received at the point considered is the highest, but for which the sensor remains unsaturated at the point considered and in its immediate neighbors for all the interference figures for obtaining said recording.
Compte tenu de l'utilisation d'un dispositif d'atténuation du faisceau, la version de l'invention dans laquelle une onde plane a une image ponctuelle permet la détection d'ondes diffractées plus faibles. En effet celles-ci ne sont superposées sur le capteur à aucune autre onde et des niveaux très faibles peuvent être détectés lorsque l'intensité du faisceau d'éclairage est élevée. In view of the use of a beam attenuation device, the version of the invention in which a plane wave has a point image allows the detection of weaker diffracted waves. Indeed, these are not superimposed on the sensor at any other wave and very low levels can be detected when the intensity of the illumination beam is high.
Un tel dispositif est utilisé dans les modes de réalisation 1,3 et 4. Such a device is used in embodiments 1,3 and 4.
3. 10. Système de génération du faisceau d'éclairage
Quel que soit le mode de réalisation, il est nécessaire de concevoir une méthode de génération des faisceaux d'éclairage. Les méthodes proposées par [Turpin] présentent le défaut de nécessiter des déplacements mécaniques importants et donc de ralentir fortement le système. 3. 10. Lighting beam generation system
Whatever the embodiment, it is necessary to design a method of generating the light beams. The methods proposed by [Turpin] have the disadvantage of requiring significant mechanical displacements and thus of slowing down the system.
Un système optique, par exemple celui décrit en 8.1.1., peut transformer un faisceau parallèle d'extension spatiale donnée et de direction variable en un faisceau parallèle dont l'extension spatiale a été diminuée et dont les variations de direction ont été amplifiées. D'une manière générale, des variations de direction faibles appliquées à un faisceau de forte étendue spatiale peuvent être amplifiées par un système optique moyennant une diminution de l'étendue spatiale du faisceau. L'étendue spatiale du faisceau d'éclairage nécessaire pour un microscope étant faible, ce principe peut servir à amplifier optiquement des mouvements mécaniques faibles. An optical system, for example that described in 8.1.1., Can transform a parallel beam of given spatial extension and of variable direction into a parallel beam whose spatial extension has been decreased and whose directional variations have been amplified. In general, small variations in direction applied to a beam of large spatial extent can be amplified by an optical system by reducing the spatial extent of the beam. Since the spatial extent of the illumination beam needed for a microscope is small, this principle can be used to optically amplify weak mechanical motions.
Un faisceau de direction variable peut être transformé par une lentille en un faisceau de position variable dans le plan focal image de cette lentille. Une variation de direction du faisceau dans une partie de son trajet optique équivaut donc à une variation de position dans une autre partie de son trajet optique et vice-versa. Dans des plans intermédiaires, la variation est une variation conjointe de position et de direction. A variable direction beam can be transformed by a lens into a beam of variable position in the image focal plane of this lens. A variation in the direction of the beam in part of its optical path is therefore equivalent to a variation of position in another part of its optical path and vice versa. In intermediate planes, the variation is a joint variation of position and direction.
Il n'y a donc pas lieu de différencier un système générant des variations de position de l'onde d'éclairage d'un système générant des variations de direction, ces systèmes étant équivalents. It is therefore not necessary to differentiate a system generating variations in position of the illumination wave of a system generating variations in direction, these systems being equivalent.
Selon une version de l'invention, le système de génération des faisceaux d'éclairage comprend: - un déviateur de faisceau générant des variations d'un faisceau paraxial. According to one version of the invention, the system for generating the light beams comprises: a beam deflector generating variations of a paraxial beam.
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- un élément optique de forte ouverture ( par exemple un objectif de microscope ou un condenseur) transformant lesdites variations du faisceau paraxial incident en variations de direction importantes du faisceau sortant. a high aperture optical element (for example a microscope objective or a condenser) transforming said variations of the incident paraxial beam into significant variations of direction of the outgoing beam.
Il peut également comprendre un système de lentilles dimensionné de manière à ce que le faisceau soit parallèle en sortie dudit élément optique de forte ouverture. It may also include a lens system sized so that the beam is parallel to the output of said optical element of high aperture.
Le déviateur de faisceau peut être par exemple un miroir monté sur un positionneur permettant d'en commander l'orientation. Cette solution est mise en oeuvre dans les modes de réalisation 1 et 2. The beam deflector may be for example a mirror mounted on a positioner for controlling the orientation. This solution is implemented in embodiments 1 and 2.
Cependant, cette solution présente deux défauts: - le mouvement du miroir engendre des vibrations qui perturbent le système. Après chaque mouvement du miroir il est nécessaire d'attendre l'absorption des vibrations avant de procéder à l'acquisition. However, this solution has two defects: - The movement of the mirror generates vibrations that disturb the system. After each movement of the mirror it is necessary to wait for vibration absorption before proceeding with the acquisition.
- la différence de phase entre le faisceau de référence et le faisceau d'éclairage n'est pas reproductible, ce qui interdit d'utiliser les algorithmes définis en 3.6.4. - the phase difference between the reference beam and the illumination beam is not reproducible, which prohibits the use of the algorithms defined in 3.6.4.
Chacun des déviateurs de faisceau décrits en 3.10.1. , 3. 10.2 et 3. 10.3. permet de résoudre ces deux problèmes. Each of the beam deviators described in 3.10.1. , 3. 10.2 and 3. 10.3. solves these two problems.
3. 10.1. Déviateur de faisceau basé sur une série de déviateurs binaires
Un système pouvant renvoyer le faisceau dans deux directions peut être construit à l'aide d'un prisme biréfringent qui transmet le faisceau ordinaire et le faisceau extraordinaire dans deux directions différentes. Le faisceau laser utilisé doit alors être polarisé. Un rotateur de polarisation placé en avant du prisme permet d'orienter sa polarisation dans le sens ordinaire ou le sens extraordinaire, ce qui implique un angle de déviation différent par le prisme. Cependant, les rotateurs de polarisation ferroélectriques disponibles, qui ont l'avantage d'être rapides, ne permettent pas une rotation de 90 degrés mais une rotation d'environ 80 degrés. Ceci empêche d'avoir à la fois un faisceau polarisé exactement dans le sens ordinaire, pour une des positions du rotateur de polarisation, et un faisceau polarisé exactement dans le sens extraordinaire pour l'autre position. Il se crée donc, dans une des positions, un faisceau parasite dévié dans une direction non voulue. Afin de supprimer ce faisceau parasite, il est nécessaire d'utiliser en sortie du prisme biréfringent un polariseur sélectionnant uniquement le rayon voulu. Afin que ce polariseur ne supprime pas le rayon dans l'autre position du rotateur, il est nécessaire d'introduire entre ce polariseur et le prisme un second rotateur, utilisé pour ramener le vecteur champ électrique du faisceau dans le sens passant du polariseur, lorsque il n'y est pas directement en sortie du prisme. 3. 10.1. Beam diverter based on a series of binary deviators
A system that can return the beam in two directions can be constructed using a birefringent prism that transmits the ordinary beam and the extraordinary beam in two different directions. The laser beam used must then be polarized. A polarization rotator placed in front of the prism makes it possible to orient its polarization in the ordinary sense or the extraordinary direction, which implies a different angle of deflection by the prism. However, the available ferroelectric polarization rotators, which have the advantage of being fast, do not allow rotation of 90 degrees but rotation of about 80 degrees. This prevents having both a polarized beam exactly in the ordinary sense, for one of the positions of the polarization rotator, and a polarized beam exactly in the extraordinary direction for the other position. It is thus created, in one of the positions, a parasitic beam deviated in an undesired direction. In order to eliminate this parasitic beam, it is necessary to use at the output of the birefringent prism a polarizer selecting only the desired radius. So that this polarizer does not suppress the ray in the other position of the rotator, it is necessary to introduce between this polarizer and the prism a second rotator, used to bring the electric field vector of the beam in the forward direction of the polarizer, when he is not there directly from the prism.
Un système pouvant renvoyer un faisceau dans des directions nombreuses peut être constitué en associant en série plusieurs de ces systèmes élémentaires. En en associant deux, qui produisent une déviation de même amplitude mais dans deux directions orthogonales, on forme un doublet. En associant en série N doublets, chaque doublet étant caractérisé par des prismes biréfringents de caractéristiques telles que l'angle de déviation du doublet numéro i soit proportionnel à 2' , on obtient 2 N valeurs de déviation possibles dans chaque direction. Par exemple avec N=8 on a un total de 256 x 256 directions de déviation du faisceau. A system that can return a beam in many directions can be constituted by serializing several of these elementary systems. By associating two, which produce a deviation of the same amplitude but in two orthogonal directions, a doublet is formed. By combining in series N doublets, each doublet being characterized by birefringent prisms of characteristics such that the deflection angle of the doublet number i is proportional to 2 ', we obtain 2 N possible deflection values in each direction. For example with N = 8 we have a total of 256 x 256 beam deflection directions.
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Selon une version de l'invention, le système de déviation du faisceau est donc constitué par l'association en série de déviateurs élémentaires, chacun de ces déviateurs élémentaires comportant un prisme biréfringent déviant différemment le rayon ordinaire et le rayon extraordinaire, précédé d'un rotateur de polarisation contrôlé électroniquement et permettant d'orienter le vecteur champ électrique du faisceau selon l'axe ordinaire ou l'axe extraordinaire dudit prisme, et suivi d'un second rotateur et d'un polariseur permettant d'éliminer les faisceaux parasites. According to one version of the invention, the beam deflection system is constituted by the series association of elementary deflectors, each of these elementary deflectors comprising a birefringent prism deviating differently the ordinary ray and the extraordinary ray, preceded by a electronically controlled polarization rotator for directing the electric field vector of the beam along the ordinary axis or the extraordinary axis of said prism, followed by a second rotator and a polarizer for eliminating stray beams.
Un tel dispositif est utilisé dans le mode de réalisation 3. Such a device is used in embodiment 3.
3. 10.2. Déviateur de faisceau basé sur des modulateurs spatiaux
Un modulateur spatial est une matrice bidimensionnelle de pixels permettant de moduler la phase ou l'intensité d'une onde dans un plan. La plupart des modulateurs spatiaux sont à base de cristaux liquides. 3. 10.2. Beam diverter based on space modulators
A spatial modulator is a two-dimensional array of pixels for modulating the phase or intensity of a wave in a plane. Most space modulators are based on liquid crystals.
Les écrans LCD courants constituent un exemple de modulateur spatial d'intensité. Common LCD displays are an example of a spatial intensity modulator.
Un plan d'espace, sur la trajectoire du faisceau d'éclairage, sera défini comme un plan dans lequel ce faisceau est parallèle et est centré sur l'axe optique. Un plan de fréquence sera défini comme un plan dans lequel ce faisceau a une image ponctuelle. A space plane, on the path of the light beam, will be defined as a plane in which this beam is parallel and is centered on the optical axis. A frequency plan will be defined as a plane in which this beam has a point image.
Un faisceau parallèle parvenant dans un plan d'espace a dans ce plan une représentation complexe
de la forme eXP{j2n{fxX + fyy)} ou (x,y) sont les coordonnées d'un point du plan et ou ( fx , f y sont les coordonnées de la projection du vecteur d'onde dans ce plan. Si un dispositif de modulation de phase est placé dans ce plan et si un décalage de phase de la forme 6 = 2nigxx + gyy + c\ est appliqué à l'aide de ce dispositif, l'onde a, après traversée dudit dispositif, une représentation complexe exp 2( fx + gx)x + (ly y + g y ) y + c } . Le dispositif de de modulation spatiale a donc modifié la direction de l'onde incidente. Les vecteurs d'onde que peut générer un tel dispositif de modulation spatiale sont compris dans un cône dont l'ouverture dépend des valeurs maximales de gx et gy permises par le modulateur. Ce cône sera appelé 'cône de déviation'. A parallel beam arriving in a space plane has in this plane a complex representation
of the form eXP {j2n {fxX + fyy)} or (x, y) are the coordinates of a point of the plane and where (fx, fy are the coordinates of the projection of the wave vector in this plane. phase modulation device is placed in this plane and if a phase shift of the form 6 = 2nigxx + gyy + c \ is applied using this device, the wave has, after passing through said device, a complex representation exp 2 (fx + gx) x + (ly y + gy) y + c}. The spatial modulation device has therefore modified the direction of the incident wave. The wave vectors that can be generated by such a modulation device are in a cone whose opening depends on the maximum values of gx and gy allowed by the modulator.This cone will be called the 'cone of deviation'.
Si un dispositif de modulation d'intensité est utilisé au lieu du dispositifde modulation de phase, il
est possible d' appliquer une fonction d'atténuation du type cos f 2(gxx+gyy+c) . Après traversée du dispositif, l'onde a alors une forme du type exp{j2n{Vx +gxx+(fy + g y)y + c)} + expJ./2 ((/x -gx)x + (fy -gy)y-ty qui correspond à la superposition de deux ondes planes dont les vecteurs d'onde sont symétriques par rapport à un axe orienté suivant le vecteur d'onde de l'onde qui sortirait du dispositifen l'abscence de modulation. Une des deux ondes peut être arrêtée par un diaphragme, moyennant quoi le dispositif constitue un déviateur de faisceau comparable au précédent. If an intensity modulation device is used instead of the phase modulation device, it
It is possible to apply an attenuation function of the type cos f 2 (gxx + gyy + c). After crossing the device, the wave then has a form of the type exp {j2n {Vx + gxx + (fy + gy) y + c)} + expJ./2 ((/ x -gx) x + (fy -gy) y-ty which corresponds to the superposition of two plane waves whose wave vectors are symmetrical with respect to an axis oriented according to the wave vector of the wave which would come out of the device in the absence of modulation. can be stopped by a diaphragm, whereby the device constitutes a beam deflector comparable to the previous one.
Des dispositifs de modulation intermédiaires, réalisant une modulation conjointe de phase et d'intensité, peuvent également être utilisés. Intermediate modulation devices, performing a co-modulation of phase and intensity, can also be used.
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Une version de l'invention consiste donc à utiliser comme déviateur de faisceau un modulateur spatial commandé de manière appropriée. One version of the invention therefore consists in using as a beam deflector a suitably controlled spatial modulator.
Une version de l'invention consiste à ce que ledit modulateur soit un modulateur de phase , commandé de manière à générer un décalage de phase d'une forme aussi proche que possible de
B = 2gX x + 8 yY
Les dispositifs de modulation existants fonctionnent pixel par pixel. Cette discrétisation entraîne la génération de fréquences parasites hors du cône de déviation. Une version de l'invention consiste à supprimer ces fréquences parasites à l'aide d'un diaphragme placé dans un plan de fréquence sur le trajet de l'onde issue du modulateur de phase. One version of the invention consists in that said modulator is a phase modulator, controlled so as to generate a phase shift of a shape as close as possible to
B = 2gX x + 8 yY
Existing modulation devices operate pixel by pixel. This discretization causes the generation of parasitic frequencies outside the cone of deviation. One version of the invention consists in suppressing these parasitic frequencies by means of a diaphragm placed in a frequency plane on the path of the wave coming from the phase modulator.
Les dispositifs de modulation permettant une modulation rapide sont binaires, c'est-à-dire qu'à un pixel donné ne correspondent que deux valeurs possibles de phase ou d'intensité. L'utilisation d'un dispositifde modulation binaire entraîne la présence d'une onde plane parasite, symétrique de l'onde que l'on cherche à obtenir par rapport à un axe constitué par la direction d'un faisceau non dévié. Dans le cas des modulateurs binaires, ceci est vrai même lorsque il s'agit d'un modulateur de phase, alors que dans le cas des modulateurs générant une modulation continue, ce problème peut être évité en utilisant un modulateur de phase. Selon une version de l'invention, le diaphragme filtrant les fréquences parasites est dimensionné de manière à filtrer non seulement les fréquences situées hors du cône de déviation, mais également une partie des fréquences situées dans le cône de déviation, de manière à arrêter l'onde plane parasite. Modulation devices allowing fast modulation are binary, ie at a given pixel only two possible phase or intensity values correspond. The use of a binary modulation device results in the presence of a parasitic plane wave, symmetrical to the wave that is sought to obtain with respect to an axis constituted by the direction of a non-deflected beam. In the case of binary modulators, this is true even when it is a phase modulator, whereas in the case of modulators generating continuous modulation, this problem can be avoided by using a phase modulator. According to one version of the invention, the parasitic filter diaphragm is dimensioned so as to filter not only the frequencies outside the deflection cone, but also a portion of the frequencies located in the deflection cone, so as to stop the parasitic plane wave.
Les dispositifs de modulation binaires présentent également l'inconvénient de générer des fréquences parasites inclues dans le cône de déviation et constituant un 'bruit' en fréquence. Selon une version de l'invention, ces fréquences sont arrêtées par un modulateur d'intensité placé dans un plan de fréquence sur le trajet du faisceau issu du modulateur de phase, et commandé pour ne laisser passer que la fréquence recherchée. Binary modulation devices also have the disadvantage of generating parasitic frequencies included in the deflection cone and constituting a 'noise' in frequency. According to one version of the invention, these frequencies are stopped by an intensity modulator placed in a frequency plane on the beam path from the phase modulator, and controlled to let only the desired frequency.
Un tel dispositif est utilisé dans le mode de réalisation 4. Such a device is used in embodiment 4.
3. 10.3. Déviateur de faisceau constitué par un miroir mobile dont les vibrations sont rendues non gênantes. 3. 10.3. Beam deflector constituted by a movable mirror whose vibrations are rendered unobtrusive.
Les déviateurs de faisceau décrits en 3.10.1. et 3.10.2. sont basés sur l'utilisation de dispositifs à cristaux liquides et de polariseurs. Ces dispositifs ne sont pas disponibles dans le domaine des rayonnements ultraviolets. Pour utiliser les rayonnements ultraviolets, il est donc nécessaire d'utiliser d'autres moyens. The beam deflectors described in 3.10.1. and 3.10.2. are based on the use of liquid crystal devices and polarizers. These devices are not available in the field of ultraviolet radiation. To use ultraviolet radiation, it is therefore necessary to use other means.
Dans les dispositifs précédents, l'ensemble du système était placé sur une table optique. In previous devices, the entire system was placed on an optical table.
Selon une version de l'invention, le dispositif de déviation de faisceau est constitué par un miroir placé hors de la table optique, la séparation entre le faisceau d'éclairage et le faisceau de référence étant effectuée par un séparateur fixé sur la table optique et positionné après ledit miroir sur la trajectoire du faisceau. According to one version of the invention, the beam deflection device is constituted by a mirror placed outside the optical table, the separation between the lighting beam and the reference beam being effected by a separator fixed on the optical table and positioned after said mirror on the path of the beam.
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Le miroir étant placé hors de la table optique, il n'engendre pas de vibrations de cette table. La séparation des faisceaux ayant lieu après le miroir, ses vibrations n'engendrent pas non plus de décalages de phase entre faisceau d'éclairage et faisceau de référence. Ceci résout donc le problème des vibrations. The mirror being placed out of the optical table, it does not generate vibrations of this table. Since beam separation takes place after the mirror, its vibrations do not generate phase shifts between the illumination beam and the reference beam either. This solves the problem of vibrations.
Par contre, le fait que la séparation des faisceaux ait lieu après le miroir mobile implique que le faisceau de référence varie en même temps que le faisceau d'éclairage. Cette variation doit être prise en compte dans la conception du système et compensée. Par exemple, si la surface de réception est placée dans un plan d'espace, les variations de direction de l'onde de référence se traduisent par des translations de l'image plane en fréquence. Selon une version de l'invention, cet effet est compensé en effectuant une translation en sens inverse des images planes en fréquence obtenues. On the other hand, the fact that the beam splitting takes place after the moving mirror implies that the reference beam varies at the same time as the illumination beam. This variation must be taken into account in the design of the system and compensated. For example, if the receiving surface is placed in a space plane, the directional variations of the reference wave result in translations of the plane image into frequency. According to one version of the invention, this effect is compensated by carrying out an inverse translation of the obtained plane frequency images.
Cette technique est utilisée par exemple dans le mode de réalisation 5. This technique is used for example in embodiment 5.
3. 11. Compensation des erreurs dûes à la polarisation
La méthode de génération d'images employée dans [Turpin] est basée sur une théorie scalaire de la diffraction et suppose que l'onde traversant l'objet est diffractée de manière isotrope dans toutes les directions par chaque point de l'objet. Ce n'est que moyennant cette hypothèse que la résolution théorique de 4 peut être obtenue. La théorie scalaire de la diffraction n'est cependant pas valable pour les angles de
4 diffraction élevés. L'intensité diffractée par un point de l'objet dépend de la direction de l'onde diffractée, de la direction de l'onde d'éclairage, de la direction de polarisation de l'onde d'éclairage et de la direction de polarisation de l'onde diffractée. 3. 11. Compensation of errors due to polarization
The image generation method employed in [Turpin] is based on a scalar theory of diffraction and assumes that the wave crossing the object is isotropically diffracted in all directions by each point of the object. Only with this assumption can the theoretical resolution of 4 be obtained. The scalar theory of diffraction is however not valid for the angles of
4 high diffraction. The intensity diffracted by a point of the object depends on the direction of the diffracted wave, the direction of the light wave, the direction of polarization of the light wave and the direction of polarization of the diffracted wave.
3. 11.1. Compensation par multiplication par un coefficient réel
L'onde diffractée par l'objet diffère de l'onde qui serait diffractée si la diffraction était isotrope par un facteur multiplicatif réel dépendant: - de la direction de propagation de l'onde d'éclairage - de la polarisation de l'onde d'éclairage - de la direction de propagation de l'onde diffractée - de la polarisation de l'onde diffractée
Selon une version de l'invention, le microscope comporte des moyens pour déterminer ce facteur multiplicatif et le compenser en multipliant les ondes reçues par l'inverse dudit facteur. Une telle version de l'invention est décrite en 7.18.8. 3. 11.1. Compensation by multiplication by a real coefficient
The wave diffracted by the object differs from the wave which would be diffracted if the diffraction was isotropic by a real multiplicative factor depending on: - the direction of propagation of the light wave - the polarization of the wave d - the direction of propagation of the diffracted wave - the polarization of the diffracted wave
According to one version of the invention, the microscope comprises means for determining this multiplicative factor and compensating it by multiplying the waves received by the inverse of said factor. Such a version of the invention is described in 7.18.8.
3. 11.2. Compensation dans le cas d'un matériau anisotrope
Si l'objet observé est constitué essentiellement d'un matériau anisotrope, les effets de la diffraction diffèrent de ce qu'ils sont dans un matériau isotrope. Le matériau est alors caractérisé en chaque point par 6 paramètres cristallins plus l'absorptivité. 3. 11.2. Compensation in the case of anisotropic material
If the observed object consists essentially of an anisotropic material, the effects of diffraction differ from what they are in an isotropic material. The material is then characterized at each point by 6 crystalline parameters plus absorptivity.
Dans le cas particulier ou l'objet observé est un cristal uniaxe, l'indice de diffraction du rayon ordinaire a une valeur constante. Selon une version de l'invention, une représentation tridimensionnelle In the particular case where the observed object is a uniaxial crystal, the diffraction index of the ordinary ray has a constant value. According to one version of the invention, a three-dimensional representation
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dans laquelle les nombres complexes obtenus caractérisent l'absorptivité et l'indice ordinaire peut être calculée. Selon cette version de l'invention, cette représentation est calculée à partir d'images planes en fréquence obtenues pour une onde d'éclairage polarisée de sorte qu'elle constitue un rayon ordinaire. in which the complex numbers obtained characterize the absorptivity and the ordinary index can be calculated. According to this version of the invention, this representation is calculated from plane frequency images obtained for a polarized illumination wave so that it constitutes an ordinary ray.
La direction de polarisation ordinaire variant avec la direction de propagation de l'onde, il est nécessaire de pouvoir modifier la direction de polarisation de l'onde d'éclairage. Cependant, les phénomènes étant linéaires, il suffit d'enregistrer l'onde reçue en tout point pour deux directions de polarisation de l'onde d'éclairage pour pouvoir en déduire l'onde diffractée par par l'objet pour une onde d'éclairage de direction quelconque. Selon une version de l'invention, le microscope comprend des moyens pour générer deux directions de polarisation de l'onde d'éclairage. Selon une version de l'invention, le microscope comprend également des moyens pour analyser l'onde diffractée suivant deux directions de polarisation, ce qui permet de distinguer l'onde diffractée ordinaire de l'onde diffractée extraordinaire. Since the direction of ordinary polarization varies with the direction of propagation of the wave, it is necessary to be able to modify the direction of polarization of the light wave. However, since the phenomena are linear, it is sufficient to record the wave received at every point for two directions of polarization of the light wave in order to be able to deduce the wave diffracted by the object for a light wave. any direction. According to one version of the invention, the microscope comprises means for generating two directions of polarization of the illumination wave. According to one version of the invention, the microscope also comprises means for analyzing the diffracted wave in two directions of polarization, which makes it possible to distinguish the ordinary diffracted wave from the extraordinary diffracted wave.
Selon cette version de l'invention, les images planes en fréquence sont alors obtenues à partir de quatre images élémentaires correspondant à chaque combinaison des deux directions de polarisation et des deux directions d'analyse. According to this version of the invention, the frequency-plane images are then obtained from four elementary images corresponding to each combination of the two directions of polarization and the two directions of analysis.
Une telle version de l'invention est décrite en 7.18.9. Dans la version décrite en 7.18.9. seule la direction d'analyse correspondant au rayon ordinaire est utilisée, cependant il est également possible de prendre en compte la direction d'analyse correspondant au rayon extraordinaire. Deux images planes en fréquence sont alors obtenues pour chaque direction de propagation de l'onde d'éclairage, correspondant l'une à l'indice ordinaire et l'autre à l'indice extraordinaire. La représentation fréquentielle finale est obtenue à partir de cet ensemble d'images en prenant en compte les variations de l'indice extraordinaire en chaque point des images planes en fréquence correspondant à l'indice extraordinaire. Such a version of the invention is described in 7.18.9. In the version described in 7.18.9. only the analysis direction corresponding to the ordinary radius is used, however it is also possible to take into account the analysis direction corresponding to the extraordinary radius. Two plane frequency images are then obtained for each direction of propagation of the illumination wave, one corresponding to the ordinary index and the other to the extraordinary index. The final frequency representation is obtained from this set of images by taking into account the variations of the extraordinary index at each point of the frequency-plane images corresponding to the extraordinary index.
3. 11.3. Compensation par combinaison de plusieurs directions de polarisation et d'analyse
Dans le cas du matériau isotrope, la méthode décrite en 3.11.1. a le défaut de faire remonter considérablement le niveau de bruit. Une méthode évitant ce problème est d'acquérir au moins quatre images planes en fréquence correspondant à chaque combinaison de deux polarisations distinctes de l'onde d'éclairage et de deux directions de polarisation distinctes de l'onde diffractée. Un algorithme approprié permet alors, à partir de ces quatre images, de calculer une image unique correspondant à la grandeur scalaire recherchée. Selon une version de l'invention, le microscope comporte donc un moyen pour générer deux polarisations distinctes de l'onde d'éclairage, et un moyen pour analyser l'onde diffractée selon deux directions de polarisation distinctes. Selon une version de l'invention, le microscope comporte des moyens pour calculer, à partir des images planes en fréquence correspondant à chaque combinaison des deux directions de polarisation et des deux directions d'analyse, une image plane en fréquence unique représentant à une grandeur scalaire complexe vérifiant la condition de diffraction homogène dans toutes les directions. Ce principe est utilisé dans les modes de réalisation 3,4, et 5. Le principe de calcul de ladite grandeur scalaire est détaillé en 7.12.1. 3. 11.3. Compensation by combination of several directions of polarization and analysis
In the case of isotropic material, the method described in 3.11.1. has the defect of considerably raising the level of noise. One method to avoid this problem is to acquire at least four plane frequency images corresponding to each combination of two distinct polarizations of the illumination wave and two polarization directions distinct from the diffracted wave. An appropriate algorithm then makes it possible, from these four images, to calculate a single image corresponding to the desired scalar quantity. According to one version of the invention, the microscope therefore comprises means for generating two distinct polarizations of the illumination wave, and means for analyzing the diffracted wave in two distinct polarization directions. According to one version of the invention, the microscope comprises means for calculating, from the plane frequency images corresponding to each combination of the two directions of polarization and of the two directions of analysis, a single plane frequency image representing at a magnitude complex scalar satisfying the homogeneous diffraction condition in all directions. This principle is used in embodiments 3,4, and 5. The principle of calculating said scalar quantity is detailed in 7.12.1.
Dans le cas des longueurs d'ondes du visible, ledit moyen de variation de la polarisation de l'onde d'éclairage peut être constitué d'un rotateur de polarisation à cristaux liquides. Ledit moyen de variation de In the case of visible wavelengths, said means for varying the polarization of the illumination wave may consist of a liquid crystal polarization rotator. Said variation means of
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la direction d'analyse de l'onde diffractée peut être composé d'un rotateur de polarisation associé à un polariseur. Dans le cas de l'ultraviolet, ces dispositifs ne sont pas disponibles. the direction of analysis of the diffracted wave may be composed of a polarization rotator associated with a polarizer. In the case of ultraviolet, these devices are not available.
3. 11.4. Variation de la direction de polarisation de l'onde d'éclairage dans le domaine UV
Dans le domaine UV, les rotateurs de polarisation peuvent être remplacés par une lame d'onde en quartz tournant autour d'un axe par des moyens mécaniques. Cependant, ces mouvements mécaniques ralentissent considérablement le système. C'est pourquoi on utilise un système ou les seuls mouvements mécaniques sont ceux d'obturateurs et ou le faisceau à obturer a une extension spatiale aussi réduite que possible, de manière à ce que le mouvement de l'obturateur soit aussi faible que possible. Il est alors possible d'utiliser un obturateur rapide ou une obturation par roue tournante crénelée. 3. 11.4. Variation of the polarization direction of the illumination wave in the UV domain
In the UV domain, the polarization rotators can be replaced by a quartz wave plate rotating about an axis by mechanical means. However, these mechanical movements slow down the system considerably. This is why a system is used where the only mechanical movements are those of shutters and where the beam to be closed has a spatial extension as small as possible, so that the movement of the shutter is as small as possible. It is then possible to use a quick shutter or a crenellated rotary wheel shutter.
Selon une version de l'invention, un tel système comprend: - un séparateur de faisceau séparant le faisceau en un faisceau A et un faisceau B. According to one version of the invention, such a system comprises: a beam splitter separating the beam into a beam A and a beam B.
- des lentilles placées sur chaque faisceau A et B et focalisant ces faisceaux sur des points de focalisation ou sont placés les obturateurs. lenses placed on each beam A and B and focusing these beams on focusing points where the shutters are placed.
- un dispositif permettant de superposer à nouveau les faisceaux A et B ayant traversé leurs obturateurs respectifs. - A device for superimposing again beams A and B having passed through their respective shutters.
- un dispositif placé sur la trajectoire de l'un des faisceaux A ou B, dans la partie de la trajectoire ou les deux faisceaux sont distincts, et modifiant la polarisation de ce faisceau. a device placed on the path of one of the beams A or B, in the part of the trajectory where the two beams are distinct, and modifying the polarization of this beam.
Un tel système peut également comprendre des lentilles supplémentaires destinées à reformer des faisceaux parallèles après traversée des obturateurs. Il peut également comprendre un second dispositif de modification de la polarisation. Le dispositif de modification de la polarisation du faisceau peut être une lame d'onde. Les dispositifs de séparation de faisceau et de superposition de faisceau peuvent être des miroirs semi-transparents. Un tel dispositif est utilisé dans le mode de réalisation 5. Such a system may also include additional lenses for reforming parallel beams after traversing the shutters. It may also include a second polarization modification device. The device for modifying the polarization of the beam may be a wave plate. The beam splitting and beam superimposing devices may be semi-transparent mirrors. Such a device is used in embodiment 5.
3. 11.5. Variation de la direction d'analyse dans le domaine UV. 3. 11.5. Variation of the analysis direction in the UV domain.
L'onde issue de l'objet peut être décomposée en une onde dont le vecteur champ électrique est parallèle à celui de l'onde de référence et une onde dont le vecteur champ électrique est orthogonal à celui de l'onde de référence. L'intensité reçue sur la surface de réception est la somme de l'intensité de l'onde de champ électrique orthogonal à l'onde de référence et de l'intensité produite par l'interférence de l'onde de référence et de l'onde de champ électrique parallèle à l'onde de référence. La première de ces intensités ne dépend pas de la phase de l'onde de référence et ne modifie donc pas la valeur complexe de l'onde issue de l'objet mesurée par combinaison de figures d'interférences correspondant à des phases différentes de l'onde de référence. C'est donc uniquement l'onde de vecteur champ électrique parallèle à celui de l'onde de référence qui est obtenue sur la surface de réception. The wave coming from the object can be decomposed into a wave whose electric field vector is parallel to that of the reference wave and a wave whose electric field vector is orthogonal to that of the reference wave. The intensity received on the receiving surface is the sum of the intensity of the electric field wave orthogonal to the reference wave and the intensity produced by the interference of the reference wave and the electric field wave parallel to the reference wave. The first of these intensities does not depend on the phase of the reference wave and thus does not modify the complex value of the wave coming from the measured object by combination of interference figures corresponding to different phases of the reference wave. It is therefore only the electric field vector wave parallel to that of the reference wave which is obtained on the receiving surface.
La direction d'analyse d'une onde peut donc être modifiée simplement en modifiant la direction de polarisation de l'onde de référence ou de manière symétrique en modifiant la direction de polarisation de l'onde issue de l'objet. The direction of analysis of a wave can thus be modified simply by modifying the direction of polarization of the reference wave or symmetrically by modifying the direction of polarization of the wave coming from the object.
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Selon une version de l'invention, la direction d'analyse est modifiée par variation de la direction de polarisation de l'onde de référence ou de l'onde issue de l'objet. According to one version of the invention, the analysis direction is modified by variation of the polarization direction of the reference wave or of the wave coming from the object.
Selon une version de l'invention, la polarisation de l'onde de référence ou de l'onde issue de l'objet est modifiée par un dispositif comportant: - un séparateur de faisceau séparant le faisceau en deux faisceaux A et B - une lame d'onde LA disposée sur le trajet du faisceau et une lame d'onde LB disposée sur le trajet du faisceau B, l'angle entre les axes neutres de ces deux lames d'onde étant de 45 degrés. According to one version of the invention, the polarization of the reference wave or of the wave coming from the object is modified by a device comprising: a beam splitter separating the beam into two beams A and B a blade a wave wave LA disposed in the path of the beam and a wave plate LB disposed in the beam path B, the angle between the neutral axes of these two wave plates being 45 degrees.
La direction de polarisation du faisceau ayant traversé de la lame d'onde LA se déduit alors de la direction de polarisation du faisceau ayant traversé la lame d'onde LB par une rotation dont l'angle est l'angle entre les axes neutres des lames d'onde LA et LB. Si cet angle est de 45 degrés, les faisceaux issus des lames LA et LB auront toujours des polarisations orthogonales, quelque soit la direction de polarisation du faisceau incident. The direction of polarization of the beam having passed through the wave plate LA is then deduced from the direction of polarization of the beam having passed through the wave plate LB by a rotation whose angle is the angle between the neutral axes of the blades. LA and LB waveforms If this angle is 45 degrees, the beams from the blades LA and LB will always have orthogonal polarizations, whatever the direction of polarization of the incident beam.
Les deux faisceaux A et B peuvent ensuite être réunis par un dispositifde superposition après avoir traversé des obturateurs, comme dans le cas du dispositifdécrit en 3.11.4. Ceci présente le désavantage de nécessiter l'utilisation d'obturateurs en un point de la trajectoire du faisceau ou la direction du faisceau est variable et ou le faisceau ne peut donc pas être focalisé sur un point fixe. The two beams A and B can then be joined by a superposition device after passing through shutters, as in the case of the device described in 3.11.4. This has the disadvantage of requiring the use of shutters at a point in the beam path where the beam direction is variable and the beam can not be focused on a fixed point.
Selon une version de l'invention, les deux faisceaux A et B sont séparément superposés au faisceau issu de l'objet (s'ils constituent l'onde de référence) ou à l'onde de référence (s'ils sont issus de l'objet). Les figures d'interférence correspondant à chaque direction de polarisation sont alors formées sur deux surfaces de réception distinctes. According to one version of the invention, the two beams A and B are separately superimposed on the beam coming from the object (if they constitute the reference wave) or on the reference wave (if they come from the 'object). The interference patterns corresponding to each polarization direction are then formed on two distinct receiving surfaces.
Que les images planes en fréquences correspondant à chaque polarisation soient obtenues sur des surfaces de réception distinctes ou sur la même surface de réception, il se crée alors un déphasage entre ces images qui doit être compensé. Selon une version de l'invention, les lames d'onde sont positionnées de manière à ce que les faisceaux de référence et d'éclairage parvenant à une surface de réception aient des directions de polarisation différentes, de préférence à 45 degrés l'une de l'autre. Dans ces conditions, la partie de l'onde issue de l'objet qui comprend des fréquences voisines de l'onde d'éclairage est détectée sur les deux surfaces de réception et peut être utilisée pour calculer ladite différence de phase. Whether the frequency-plane images corresponding to each polarization are obtained on separate reception surfaces or on the same reception surface, a phase shift between these images is created which must be compensated. According to one version of the invention, the wave plates are positioned in such a way that the reference and illumination beams reaching a receiving surface have different polarization directions, preferably at 45 degrees one of the other. Under these conditions, the part of the wave coming from the object which comprises frequencies close to the illumination wave is detected on the two reception surfaces and can be used to calculate the said phase difference.
3. 12. Système de suppression de l'éclairage direct
L'onde d'éclairage est généralement beaucoup plus intense que l'onde diffractée. Elle peut saturer les capteurs ou réduire considérablement le rapport signal sur bruit du système en rendant nécessaire une acquisition à un niveau élevé. La suppression de la partie non diffractée de l'onde d'éclairage pendant la phase d'acquisition ou pendant une partie de la phase d'acquisition améliore nettement les performances du système. Dans un plan de fréquence, la partie non diffractée de l'onde d'éclairage a une image ponctuelle et peut être supprimée en plaçant sur ce point un élément absorbant. Selon une version de l'invention, le système comprend donc un dispositifde suppression dela partie non diffractée de l'onde d'éclairage, placé dans un plan de fréquence, et absorbant le faisceau sur une zone réduite autour du point correspondant à cette onde d'éclairage. 3. 12. Direct lighting suppression system
The light wave is usually much more intense than the diffracted wave. It can saturate the sensors or significantly reduce the signal-to-noise ratio of the system by requiring high-level acquisition. Removing the non-diffracted portion of the illumination wave during the acquisition phase or during part of the acquisition phase significantly improves system performance. In a frequency plane, the non-diffracted portion of the illumination wave has a point image and can be suppressed by placing an absorbent element thereon. According to one version of the invention, the system thus comprises a device for removing the non-diffracted portion of the illumination wave, placed in a frequency plane, and absorbing the beam over a reduced area around the point corresponding to this waveform. 'lighting.
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Selon une version de l'invention, ce dispositif est constitué par un modulateur spatial d'intensité commandé pour être passant en tout point sauf sur une zone limitée autour du point d'impact de la partie non diffractée de l'onde d'éclairage. Cette version est mise en oeuvre dans le mode de réalisation 4. According to one version of the invention, this device is constituted by a spatial intensity modulator controlled to be passing at any point except on a limited area around the point of impact of the non-diffracted part of the illumination wave. This version is implemented in embodiment 4.
Selon une autre version de l'invention, ce dispositif est constitué d'une vitre mobile en translation dans un plan de fréquence, un point noir absorbant placé sur la vitre ayant pour rôle d'arrêter le faisceau direct, la position de la vitre étant commandée pour faire coïncider ce point noir avec le point d'impact de la partie non diffractée de l'onde d'éclairage. Cette version est mise en oeuvre dans le mode de réalisation 5. According to another version of the invention, this device consists of a pane movable in translation in a frequency plane, an absorbing black spot placed on the pane having the role of stopping the direct beam, the position of the pane being controlled to make this black point coincide with the point of impact of the non-diffracted part of the illumination wave. This version is implemented in embodiment 5.
3. 13. Dispositif d'utilisation des modulateurs spatiaux. 3. 13. Device for using space modulators.
Les modulateurs spatiaux utilisés en 3.10.2. ou en 3. 12. peuvent être en particulier des modulateurs binaires rapides fonctionnant par réflexion. Ils sont en général utilisés à l'aide d'un miroir semi-transparent polarisant, qui est un dispositif de forme cubique renvoyant les faisceaux incidents dans deux directions différentes en fonction de leur polarisation. Ce dispositif, de part son épaisseur, engendre une légère aberration qui élargit le point correspondant à une fréquence donnée, ce qui est préjudiciable à la qualité des images obtenues. Space modulators used in 3.10.2. or in 3. 12. may in particular be fast binary modulators operating by reflection. They are generally used with the aid of a polarizing semi-transparent mirror, which is a device of cubic shape returning the incident beams in two different directions depending on their polarization. This device, because of its thickness, generates a slight aberration which widens the point corresponding to a given frequency, which is detrimental to the quality of the images obtained.
* Pour éviter l'utilisation de ce dispositif, on peut utiliser des faisceaux parvenant au modulateur sous un angle oblique. Les faisceaux incident et réfléchi sont alors séparés. Cependant, cette méthode déforme la répartition des fréquences générées. Pour éviter cette déformation, ledit angle oblique doit être faible. * To avoid the use of this device, it is possible to use beams reaching the modulator at an oblique angle. The incident and reflected beams are then separated. However, this method distorts the distribution of generated frequencies. To avoid this deformation, said oblique angle must be small.
Selon une version de l'invention, ce problème est résolu en utilisant un dispositif constitué d'un miroir à deux faces réfléchissantes orthogonales et d'une lentille traversée dans un sens par le faisceau dirigé vers le modulateur et dans l'autre sens par le faisceau réfléchi par le modulateur. Le faisceau incident est réfléchi par une face du miroir, traverse la lentille, est réfléchi par le modulateur, retraverse la lentille en sens inverse et est réfléchi par la seconde face du miroir, reprenant sa direction initiale. Les faisceaux incident et réfléchi peuvent se superposer partiellement sur la lentille mais sont séparés sur le miroir à deux faces. Afin d'obtenir cette séparation sur le miroir, tout en ayant un angle oblique aussi faible que possible, le miroir à deux faces doit être à peu près positionné dans un plan focal de la lentille et le modulateur doit être positionné dans l'autre plan focal de la lentille. According to one version of the invention, this problem is solved by using a device consisting of a mirror with two orthogonal reflecting faces and a lens traversed in one direction by the beam directed towards the modulator and in the other direction by the beam reflected by the modulator. The incident beam is reflected by one side of the mirror, passes through the lens, is reflected by the modulator, crosses the lens in the opposite direction and is reflected by the second mirror face, returning to its original direction. The incident and reflected beams may overlap partially on the lens but are separated on the two-sided mirror. In order to obtain this separation on the mirror, while having an oblique angle as small as possible, the two-sided mirror must be approximately positioned in a focal plane of the lens and the modulator must be positioned in the other plane focal point of the lens.
3. 14. Utilisation de plusieurs objectifs
Les éventuelles limitations portant sur la direction de l'onde d'éclairage, caractérisée par son vecteur fréquence, influent sur les performances du système en raison du <problème B>. Le maximum de précision est obtenu lorsque toutes les directions possibles sont utilisées. De même, il est souhaitable d'enregistrer l'onde diffractée par l'objet dans toutes les directions. Lorsqu'un seul objectif de microscope est utilisé, son ouverture limite les directions dans lesquelles on peut enregistrer l'onde diffractée par l'objet. 3. 14. Using multiple objectives
Any limitations on the direction of the light wave, characterized by its frequency vector, affect the performance of the system because of <problem B>. The maximum accuracy is obtained when all possible directions are used. Similarly, it is desirable to record the wave diffracted by the object in all directions. When only one microscope objective is used, its opening limits the directions in which the wave diffracted by the object can be recorded.
De même, si on n'éclaire l'objet que par un coté opposé à l'objectif, on limite les directions possibles des ondes d'éclairage. Selon une version avantageuse de l'invention on utilise plusieurs objectifs focalisés sur l'échantillon, qui permettent d'enregistrer l'onde issue de l'échantillon suivant d'avantage de directions. Similarly, if we only illuminate the object by a side opposite the lens, we limit the possible directions of the lighting waves. According to an advantageous version of the invention, several objectives focused on the sample are used, which make it possible to record the wave coming from the following sample in more directions.
Les objectifs couvrent alors la quasi-totalité de l'espace autour de l'échantillon, et les ondes d'éclairages doivent nécessairement traverser ces objectifs pour atteindre l'échantillon. Selon une version de l'invention, The objectives then cover almost all of the space around the sample, and the lighting waves must necessarily cross these objectives to reach the sample. According to one version of the invention,
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chaque objectif est associé à un système optique permettant d'une part la mesure sur un capteur de l'onde provenant de l'échantillon et ayant traversé l'objectif, et d'autre part la formation d'une onde d'éclairage qui après traversée de l'objectif devient dans l'échantillon une onde d'éclairage plane de direction variable. each objective is associated with an optical system allowing firstly the measurement on a sensor of the wave coming from the sample and having crossed the objective, and secondly the formation of a light wave which after crossing of the objective becomes in the sample a plane lighting wave of variable direction.
Les ondes d'éclairage peuvent alors être générées dans toutes les directions couvertes par l'ouverture des objectifs, et de même les ondes issues de l'objet peuvent être mesurées dans toutes ces directions. Le système d'acquisition et de calcul peut prendre en compte l'ensemble des ondes mesurées sur l'ensemble des capteurs pour l'ensemble des éclairages utilisés et génère à partir de ces données la représentation fréquentielle tridimensionnelle de l'objet. The illumination waves can then be generated in all the directions covered by the opening of the objectives, and likewise the waves coming from the object can be measured in all these directions. The acquisition and calculation system can take into account all the waves measured on all the sensors for all the lights used and generates from these data the three-dimensional frequency representation of the object.
Il est possible d'utiliser un nombre élevé d'objectifs afin de recevoir la totalité des ondes issues de l'échantillon, ou afin d'augmenter la distance de travail en utilisant des objectifs de faible ouverture. It is possible to use a large number of lenses to receive all the waves from the sample, or to increase the working distance using low aperture lenses.
Cependant, la plupart des échantillons observés en pratique sont plans et peuvent de manière commode être placés entre deux lamelles. Une version de l'invention constituant le meilleur compromis entre la difficulté de mise en oeuvre et la performance est d'utiliser deux objectifs de microscope de large ouverture positionnés en vis-à-vis, l'échantillon plan étant introduit entre ces deux objectifs. Cette solution est utilisée dans les modes de réalisation 3,4, et 5. Dans les modes de réalisation 1 et 2, de performance inférieure mais de réalisation plus aisée, un seul objectif de microscope est utilisé. However, most of the samples observed in practice are planar and can conveniently be placed between two lamellae. A version of the invention constituting the best compromise between the difficulty of implementation and the performance is to use two wide aperture microscope objectives positioned opposite, the plane sample being introduced between these two objectives. This solution is used in Embodiments 3,4, and 5. In Embodiments 1 and 2, of lower performance but easier to perform, only one microscope objective is used.
3. 15. Génération de faisceaux inverses
Lorsque deux objectifs de microscope ou plus sont utilisés, une image plane en fréquence est générée à partir de l'onde reçue par chaque objectif. Chaque point d'une image plane en fréquence correspond à un vecteur d'onde donné de l'onde diffractée. Il est nécessaire, pour pouvoir calculer la représentation fréquentielle tridimensionnelle de l'objet, de déterminer correctement ces vecteurs d'onde, et ce dans un repère commun aux vecteurs d'ondes reçus par chaque objectif. 3. 15. Generation of inverse beams
When two or more microscope objectives are used, a frequency-plane image is generated from the wave received by each objective. Each point of a frequency-plane image corresponds to a given wave vector of the diffracted wave. It is necessary, in order to be able to calculate the three-dimensional frequency representation of the object, to correctly determine these wave vectors, and this in a coordinate system common to the wave vectors received by each objective.
La connaissance du facteur K et du centre optique, définis dans [Lauer], permet la détermination des vecteurs d'onde reçus sur chaque image en fréquence. Cependant le repère utilisé pour les
représentations bidimensionnelles RA ( avant translation de vecteur - fe ) reconstituées à partir de l'image plane en fréquence obtenue à partir d'un objectif donné est différent de celui utilisé pour les représentations RB obtenues à partir de l'objectif en vis-à-vis. Pour établir une correspondance entre ces deux repères il est nécessaire de déterminer les coordonnées de certains points à la fois dans le repère utilisé pour RA et dans le repère utilisé pour RB. The knowledge of the factor K and the optical center, defined in [Lauer], allows the determination of the wave vectors received on each frequency image. However, the benchmark used for
two-dimensional representations RA (before translation of vector - fe) reconstructed from the plane plane in frequency obtained from a given objective is different from that used for the representations RB obtained from the objective vis-à- screw. To establish a correspondence between these two marks it is necessary to determine the coordinates of certain points at a time in the reference used for RA and in the reference used for RB.
Chaque point PA de la représentation RA est l'image d'un vecteur d'onde fe de l'onde d'éclairage qui parvient à ce point en l'abscence d'objet, et a pour coordonnées celles de ce vecteur d'onde. A ce vecteur
correspond un vecteur d'onde - fe de direction opposée dont l'image est un point PB de la représentation RB. Les coordonnées du point PB dans le repère utilisé pour RA sont l'opposé des coordonnées du point PA dans ce repère. Each point PA of the representation RA is the image of a wave vector fe of the illumination wave which reaches at this point in the abscence of an object, and has for coordinates those of this wave vector . To this vector
corresponds to a wave vector - fe of opposite direction whose image is a point PB of the representation RB. The coordinates of the point PB in the reference used for RA are the opposite of the coordinates of the point PA in this reference.
La correspondance entre les deux repères peut donc être établie si les coordonnées du point PB sont également déterminées dans le repère RB. Ceci peut être fait en générant par des moyens optiques un faisceau de vecteur d'onde opposé au faisceau d'éclairage et en déterminant les coordonnées du point image The correspondence between the two marks can therefore be established if the coordinates of the point PB are also determined in the reference RB. This can be done by generating by optical means a wave vector beam opposite to the illumination beam and by determining the coordinates of the image point
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de ce faiscau dans le repère utilisé pour RB. Si cette correspondance est établie en un nombre suffisant de points, la relation entre les repères utilisés pour RB et RA peut être facilement déterminée et ces représentations peuvent être modifiées pour utiliser un repère commun. of this beam in the reference used for RB. If this match is established in a sufficient number of points, the relationship between the markers used for RB and RA can be easily determined and these representations can be modified to use a common mark.
De manière similaire, on peut obtenir par des moyens optiques une correspondance directe entre les repères RB et RA. Ceci nécessite le réglage d'un certain nombre d'éléments optiques. Pour effectuer ce réglage, on peut vérifier en continu la correspondance entre les coordonnées du point PB obtenues dans chacun des repères utilisés, et ce pour un certain nombre de points PB (trois points en principe). Similarly, it is possible to obtain by optical means a direct correspondence between the reference marks RB and RA. This requires the adjustment of a number of optical elements. To make this adjustment, it is possible to check continuously the correspondence between the coordinates of the point PB obtained in each of the marks used, for a certain number of points PB (three points in principle).
Dans les deux cas, il est nécessaire de générer un faisceau de mêmes caractéristiques que le faisceau d'éclairage, mais se propageant en sens inverse. D'une manière générale, étant donné un faisceau utilisé dans le système, le terme faisceau indicateur inverse désignera un faisceau de mêmes caractéristiques mais se propageant en sens opposé. In both cases, it is necessary to generate a beam of the same characteristics as the lighting beam, but propagating in the opposite direction. In general, given a beam used in the system, the term inverse indicator beam will designate a beam of the same characteristics but propagating in the opposite direction.
Selon une version de l'invention, le microscope comporte donc, pendant la phase de réglage, des moyens pour générer un faisceau indicateur inverse de l'onde d'éclairage. Ces moyens peuvent éventuellement être supprimés après la phase de réglage correspondant à la détermination, par des moyens de calcul ou par des moyens optiques, des correspondances entre les repères RB et RA. According to one version of the invention, the microscope thus comprises, during the adjustment phase, means for generating a reverse indicator beam of the illumination wave. These means may possibly be deleted after the adjustment phase corresponding to the determination, by means of calculation or by optical means, of the correspondences between the reference marks RB and RA.
Selon une version de l'invention. le microscope comporte également des moyens pour générer, pendant une phase de réglage, un faisceau indicateur inverse de l'onde de référence. Ce faisceau sera également utilisé dans certaines phases de réglage. Par exemple, si la surface de réception est dans un plan de fréquence, l'onde de référence est centrée virtuellement en un point central de l'objet. Le faisceau indicateur inverse de l'onde de référence permet de régler la position des objectifs de manière à ce que ces objectifs soient focalisés sur le même point. According to one version of the invention. the microscope also comprises means for generating, during a control phase, an indicator beam that is in inverse of the reference wave. This beam will also be used in certain adjustment phases. For example, if the receiving surface is in a frequency plane, the reference wave is virtually centered at a central point of the object. The reference beam reversing the reference wave makes it possible to adjust the position of the objectives so that these objectives are focused on the same point.
Selon une version de l'invention, lorsque la surface de réception est dans un plan d'espace, un faisceau supplémentaire centré sur ce plan d'espace est également utilisé pendant une phase de réglage, ainsi que son faisceau indicateur inverse. Ce faisceau facilite par exemple le réglage de position des objectifs en l'abscence d'une onde de référence centrée sur un point de l'objet. According to one version of the invention, when the receiving surface is in a space plane, an additional beam centered on this space plane is also used during an adjustment phase, as well as its reverse indicator beam. This beam facilitates for example the position adjustment of the objectives in the absence of a reference wave centered on a point of the object.
Dans les modes de réalisation 3,4, et 5, chaque faisceau utilisé a un faisceau indicateur inverse, et les moyens de génération de ces indicateurs inverses sont décrits comme faisant partie du microscope et ne sont pas supprimés après que les réglages aient été terminés : obturateurs sont simplement utilisés pour arrêter ces faisceaux. In embodiments 3,4, and 5, each beam used has a reverse indicator beam, and the means for generating these reverse flags are described as part of the microscope and are not deleted after the settings have been completed: shutters are simply used to stop these bundles.
Selon une version de l'invention, le dispositif générant un faisceau indicateur inverse à partir d'un faisceau d'origine comprend: - un miroir semi-transparent séparant le faisceau d'origine en un faisceau non modifié et un faisceau secondaire. According to one version of the invention, the device generating an inverse indicator beam from an original beam comprises: a semi-transparent mirror separating the original beam into an unmodified beam and a secondary beam.
- une lentille focalisant le faisceau secondaire dans un plan de focalisation. a lens focusing the secondary beam in a plane of focus.
- un miroir placé au point de focalisation qui renvoie le faisceau inversé vers ladite lentille. a mirror placed at the point of focus which returns the inverted beam towards said lens.
Le fait que le miroir soit placé au point de focalisation garantit que le faisceau réfléchi a exactement la direction inverse du faisceau incident. Le faisceau réfléchi retraverse la lentille en sens The fact that the mirror is placed at the point of focus ensures that the reflected beam has exactly the reverse direction of the incident beam. The reflected beam crosses the lens in the direction
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inverse. La partie de ce faisceau qui est ensuite réfléchie à nouveau par le miroir semi-transparent a les mêmes caractéristiques que le faisceau non modifié mais est dirigée en sens inverse. reverse. The part of this beam which is then reflected again by the semi-transparent mirror has the same characteristics as the unmodified beam but is directed in the opposite direction.
3. 16. Compensation de l'aberration sphérique et des erreurs de positionnement des objectifs. 3. 16. Compensation for spherical aberration and misalignment of objectives.
Lorsque deux objectifs sont utilisés, le <problème A2> est soluble en principe puisque chaque objectifest fixe par rapport à l'objet. Cependant, comme dans le <système 4>, la résolution du <problème A2> implique non seulement l'existence d'un dispositif physique permettant en principe sa résolution, mais également la définition d'algorithmes de compensation appropriés. When two objectives are used, the <A2 problem> is soluble in principle since each objective is fixed with respect to the object. However, as in <system 4>, the resolution of the <A2 problem> implies not only the existence of a physical device that allows in principle its resolution, but also the definition of appropriate compensation algorithms.
A partir de chaque objectif utilisé, on peut générer une représentation tridimensionnelle de l'objet observé. En représentation spatiale, cette représentation est relative à un point origine donné, que l'on appellera point caractéristique de l'objectif. Le <problème A2> se traduit par le fait que les points caractéristiques des objectifs utilisés ne coïncident pas. La résolution du <problème A2> se ramène à déterminer les coordonnées des points caractéristiques de chaque objectifde microscope, dans un repère commun, puis à translater de manière appropriée chaque représentation avant de les superposer. From each objective used, we can generate a three-dimensional representation of the observed object. In spatial representation, this representation is relative to a given point of origin, which will be called the characteristic point of the objective. The <A2 problem> results in the fact that the characteristic points of the objectives used do not coincide. The resolution of the <A2 problem> is reduced to determining the coordinates of the characteristic points of each microscope objective, in a common coordinate system, and then to appropriately translating each representation before superimposing them.
3. 16.1. détermination des coordonnées des points d'origine correspondant à chaque objectif. 3. 16.1. determining the coordinates of the points of origin corresponding to each objective.
Selon une version de l'invention, ceci peut être obtenu en utilisant un faisceau centré sur un point central de l'objet observé et son faisceau indicateur inverse. Ce faisceau est reçu sur un capteur après avoir traversé les objectifs, et son indicateur inverse est reçu sur un autre capteur. A partir du faisceau reçu sur un capteur, la représentation fréquentielle bidimensionnelle de ce faisceau peut être obtenue et les coordonnées de son point de focalisation peuvent être déterminées. Le point de focalisation du faisceau est le même que celui de son faisceau indicateur inverse. La différence entre les coordonnées du point de focalisation du faisceau obtenues à partir d'un objectif et celles de son indicateur inverse obtenue à partir d'un autre objectif est égale à la différence entre coordonnées des points caractéristiques de ces objectifs dans un repère commun. According to one version of the invention, this can be obtained by using a beam centered on a central point of the observed object and its inverse indicator beam. This beam is received on a sensor after passing through the objectives, and its reverse indicator is received on another sensor. From the beam received on a sensor, the two-dimensional frequency representation of this beam can be obtained and the coordinates of its point of focus can be determined. The focal point of the beam is the same as that of its reverse indicator beam. The difference between the coordinates of the focal point of the beam obtained from an objective and those of its inverse indicator obtained from another objective is equal to the difference between coordinates of the characteristic points of these objectives in a common reference frame.
Cette méthode peut être mise en oeuvre avec un nombre quelconque d'objectifs, à la condition que la configuration soit telle qu'aucun groupe d'objectifs ne soit isolé optiquement, c'est-à-dire qu'un tel groupe d'objectif, s'il ne rassemble pas tous les objectifs utilisés, puisse toujours être atteint par un faisceau issu d'un objectif extérieur au groupe. Par exemple si 6 objectifs sont utilisés, ils ne doivent pas être groupés deux par deux : objectif doit recevoir des faisceaux provenant de deux autres objectifs. This method can be implemented with any number of objectives, provided that the configuration is such that no group of lenses is optically isolated, i.e. such a lens group if it does not bring together all the objectives used, it can always be reached by a beam from an objective outside the group. For example, if 6 goals are used, they should not be grouped in pairs: objective must receive beams from two other goals.
Cet aspect de l'invention est mis en oeuvre en 7.9.1. et en 9.12. This aspect of the invention is implemented in 7.9.1. and in 9.12.
3. 16.2.Détermination des déplacements de chaque objectif
Il est généralement nécessaire de déplacer les objectifs pour introduire l'objet observé. Cette opération modifie les coordonnées obtenues et rend nécessaire la répétition de l'opération précédente. 3. 16.2.Determination of the movements of each objective
It is usually necessary to move the objectives to introduce the observed object. This operation modifies the obtained coordinates and makes it necessary to repeat the previous operation.
Cependant, la présence de l'objet perturbe le faisceau qui le traverse et empêche l'obtention d'un résultat précis. Selon une version de l'invention, ce problème est résolu en utilisant des faisceaux parallèles de direction variable. Un faisceau parallèle a une image plane en fréquence ponctuelle et la valeur obtenue en ce point est peu affectée par les irrégularités locales de l'échantillon observé. However, the presence of the object disturbs the beam passing through it and prevents the obtaining of a precise result. According to one version of the invention, this problem is solved by using parallel beams of variable direction. A parallel beam has a flat, point-frequency image and the value obtained at this point is little affected by the local irregularities of the observed sample.
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La différence entre la phase d'un tel faisceau reçu sur un capteur avant déplacement des objectifs et la phase du même faisceau après déplacement des objectifs dépend du vecteur caractérisant le déplacement du caractéristique de l'objectif recevant le faisceau par rapport au point caractéristique de l'objectif d'ou provient le faisceau. A partir de ces différences de phase établies pour un nombre suffisant de faisceaux il est possible, par un algorithme approprié, de déterminer ce déplacement. Selon cette version de l'invention, la phase d'un ensemble de faisceaux parallèles parvenant à un capteur donné est donc mesurée une première fois en l'abscence de l'objet et une deuxième fois en présence de l'objet. A partir des différences de phase et éventuellement des rapports d'intensité ainsi mesurés, un algorithme approprié peut recalculer le déplacement des points caractéristiques de chaque objectif. Ces différences de phases et d'intensité peuvent être caractérisés, pour chaque faisceau parallèle, par une valeur complexe obtenue comme quotient de la valeur obtenue en présence de l'objet par la valeur obtenue en l'abscence de l'objet en un point correspondant de l'image plane en fréquence. Cette valeur sera appelée le rapport de phase et d'intensité sur un faisceau parallèle donné. The difference between the phase of such a beam received on a sensor before displacement of the objectives and the phase of the same beam after displacement of the objectives depends on the vector characterizing the displacement of the characteristic of the objective receiving the beam with respect to the characteristic point of the beam. objective of where the beam comes from. From these phase differences established for a sufficient number of beams it is possible, by an appropriate algorithm, to determine this displacement. According to this version of the invention, the phase of a set of parallel beams reaching a given sensor is thus measured a first time in the absence of the object and a second time in the presence of the object. From the phase differences and possibly the intensity ratios thus measured, an appropriate algorithm can recalculate the displacement of the characteristic points of each objective. These phase and intensity differences can be characterized, for each parallel beam, by a complex value obtained as a quotient of the value obtained in the presence of the object by the value obtained in the absence of the object at a corresponding point. of the plane plane in frequency. This value will be called the phase and intensity ratio on a given parallel beam.
Connaissant les coordonnées initiales du point d'origine de chaque représentation et ses déplacements, ses coordonnées courantes peuvent en être déduites et l'écart de position peut être compensé. Knowing the initial coordinates of the point of origin of each representation and its displacements, its current coordinates can be deduced and the position difference can be compensated.
Cette méthode peut être mise en oeuvre avec un nombre quelconque d'objectifs, à la même condition qu'en 3. 16.1. This method can be implemented with any number of objectives, at the same condition as in 3. 16.1.
La première mesure en l'abscence de l'objet est réalisée par exemple en 7. 9.2. et en 9.13. Dans ces deux cas, la correction liée aux valeurs de position déterminées comme indiqué en 3.16.1. est décrite dans le même paragraphe que cette mesure. The first measurement in the abscence of the object is carried out for example in 7. 9.2. and in 9.13. In both cases, the correction related to the position values determined as indicated in 3.16.1. is described in the same paragraph as this measure.
La deuxième mesure en présence de l'objet et le calcul des déplacements sont par exemple effectués en 7.11. et en 9.15. Dans les deux cas les positions absolues sont directement calculées, sans passer par les déplacements, la correction liée aux valeurs de position ayant déjà été effectuée comme indiqué plus haut. The second measurement in the presence of the object and the calculation of the displacements are for example carried out in 7.11. and in 9.15. In both cases the absolute positions are directly calculated, without moving, the correction related to the position values having already been performed as indicated above.
3. 16.3. Détermination de l'indice et de l'épaisseur de l'objet
Lorsque deux objectifs de microscope en vis-à-vis sont utilisés et lorsque l'objet observé forme une couche comprises entre deux lamelles planes, l'indice moyen de l'objet, s'il diffère de l'indice nominal de l'objectif (indice du liquide optique prévu pour être utilisé avec l'objectif), crée une aberration sphérique qui fausse les représentations tridimensionnelles obtenues. Cette aberration sphérique se traduit par des variations de phase et d'intensité des faisceaux mesurés en 3. 16.2., ces variations dépendant de l'indice et de l'épaisseur de l'objet. Selon une version de l'invention, un programme utilise les valeurs mesurées en 3. 16.2. pour déterminer simultanément les déplacements des objectifs, l'indice et l'épaisseur de l'objet. 3. 16.3. Determination of the index and the thickness of the object
When two objectives of the microscope vis-à-vis are used and when the observed object forms a layer between two flat lamellae, the average index of the object, if it differs from the nominal index of the objective (index of the optical liquid intended to be used with the objective), creates a spherical aberration which distorts the three-dimensional representations obtained. This spherical aberration results in phase and intensity variations of the beams measured in 3. 16.2., These variations depending on the index and the thickness of the object. According to one version of the invention, a program uses the values measured in 3. 16.2. to simultaneously determine the displacements of the objectives, the index and the thickness of the object.
Le calcul effectué en 7. 11. ou en 9. 15. est une réalisation de cet aspect de l'invention. The calculation made in 7. 11. or 9. 15. is an embodiment of this aspect of the invention.
3. 16.4. Algorithme de minimisation
Pour des valeurs données des déplacements et de l'indice et l'épaisseur de l'objet il est possible de calculer les rapports de phase et d'intensité sur chaque faisceau parallèle. Selon une version de l'invention, l'algorithme de calcul détermine les valeurs des déplacements et de l'indice et l'épaisseur de l'objet qui 3. 16.4. Minimization algorithm
For given values of the displacements and the index and the thickness of the object it is possible to calculate the phase and intensity ratios on each parallel beam. According to one version of the invention, the calculation algorithm determines the values of the displacements and the index and the thickness of the object which
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minimisent l'écart quadratique moyen entre les valeurs théoriques ainsi calculées et les valeurs effectivement mesurées. minimize the mean squared difference between the theoretical values thus calculated and the values actually measured.
Cet algorithme doit déterminer un minimum absolu sur un ensemble de cinq paramètres d'une fonction bruitée, la fonction écart quadratique présentant même en l'abscence de bruit des minima locaux autres que le maximum absolu. Ce problème se prête donc assez mal à des méthodes classiques de minimisation. This algorithm must determine an absolute minimum on a set of five parameters of a noisy function, the quadratic deviation function having even in the abscence of noise local minima other than the absolute maximum. This problem therefore lends itself badly to conventional minimization methods.
Lorsque les valeurs des paramètres sont connues d'une manière approximative, l'algorithme peut maximiser dans un premier temps la valeur au point origine obtenue en compensant les écarts de phase dûs à ces paramètre. Une maximisation d'une fonction étant équivalente à une minimisation de son opposé, on utilisera uniquement le terme maximisation pour définir l'algorithme, mais on pourrait aussi bien parler de minimisation. When the values of the parameters are known in an approximate manner, the algorithm can firstly maximize the value at the origin point obtained by offsetting the phase differences due to these parameters. A maximization of a function being equivalent to a minimization of its opposite, one will use only the term maximization to define the algorithm, but one could as well speak of minimization.
Selon une version de l'invention, l'algorithme comporte des phases itératives aucours desquels il détermine à chaque itération un maximum absolu sur un ensemble de valeurs des paramètres variant de manière discrète, la fonction à maximiser ayant été préalablement filtrée pour supprimer les fréquences qui causeraient un repliement de spectre dans un échantillonnage au pas de variation des paramètres. Selon cette version de l'invention, le pas est réduit à chaque itération et le point central de l'ensemble sur lequel varient les paramètres aucours d'une itération est le maximum déterminé à l'itération précédente. According to one version of the invention, the algorithm comprises iterative phases during which it determines at each iteration an absolute maximum on a set of values of the parameters varying in a discrete manner, the function to be maximized having been previously filtered to remove the frequencies which would cause a spectrum fold in a sampling at the step of variation of the parameters. According to this version of the invention, the pitch is reduced at each iteration and the central point of the set on which the parameters vary during an iteration is the maximum determined at the previous iteration.
Un tel algorithme permet en général de converger vers la solution malgré les maxima locaux et le nombre élevé de paramètres. Such an algorithm generally makes it possible to converge towards the solution despite the local maxima and the high number of parameters.
Un tel algorithme est décrit en 7.8.2. Such an algorithm is described in 7.8.2.
3. 16.5. Détermination de la position de l'objet. 3. 16.5. Determination of the position of the object.
La position exacte de l'objet n'a pas d'influence sur les valeurs mesurées en 3.16.2. et ne peut donc pas être obtenue à partir de ces valeurs. Par contre elle peut modifier les représentations tridimensionnelles obtenues : l'aberration sphérique affectant une représentation tridimensionnelle donnée dépend de la position de l'objet. Dans le cas ou l'indice de l'objet diffère de l'indice nominal des objectifs, cette position doit donc être déterminée. The exact position of the object has no influence on the values measured in 3.16.2. and therefore can not be obtained from these values. On the other hand, it can modify the three-dimensional representations obtained: the spherical aberration affecting a given three-dimensional representation depends on the position of the object. In the case where the index of the object differs from the nominal index of the objectives, this position must be determined.
La position de l'objet par rapport aux objectifs affecte la bonne superposition des représentations bidimensionnelles recalées en phase. Si elle n'est pas correctement évaluée et prise en compte comme facteur de correction, des différences de phase anormales apparaissent entre des couples de représentations bidimensionnelles recalées en phase, sur la partie de l'espace des fréquences qui correspond à l'intersection de ces représentations. The position of the object in relation to the objectives affects the good superposition of two-dimensional representations recalibrated in phase. If it is not correctly evaluated and taken into account as a correction factor, abnormal phase differences appear between pairs of two-dimensional representations recalibrated in phase, on the part of the frequency space that corresponds to the intersection of these representations.
Selon une version de l'invention, la mesure de la position de l'objet par rapport aux objectifs comporte une phase d'acquisition, aucours de laquelle une série d'images planes en fréquence sont acquises, correspondant à une série de faisceaux d'éclairage d'orientation variable. Connaissant les paramètres de position, l'indice et l'épaisseur de l'objet, préalablement calculés par l'algorithme de maximisation décrit en 3.16.4., et connaissant la position recherchée, un programme peut déterminer les représentations bidimensionnelles correspondant à chaque image plane en fréquence. Selon cette version de l'invention, le According to one version of the invention, the measurement of the position of the object with respect to the objectives comprises an acquisition phase, during which a series of frequency-plane images are acquired, corresponding to a series of optical beams. variable orientation lighting. Knowing the position parameters, the index and the thickness of the object, previously calculated by the maximization algorithm described in 3.16.4., And knowing the desired position, a program can determine the two-dimensional representations corresponding to each image. plane in frequency. According to this version of the invention, the
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programme de détermination de la position de l'objet par rapport aux objectifs est donc un programme de minimisation qui détermine la valeur du paramètre de position qui minimise les écarts de phase anormaux. A program for determining the position of the object in relation to the objectives is therefore a minimization program which determines the value of the position parameter which minimizes abnormal phase deviations.
Un tel programme est détaillé au paragraphe 17.15. Such a program is detailed in paragraph 17.15.
3. 16.6. Compensation de l'aberration sphérique et des écarts de position. 3. 16.6. Compensation for spherical aberration and positional deviations.
Lorsque l'ensemble des paramètres cités plus haut ont été évalués, ils doivent être utilisés pour compenser les effets correspondants dans la procédure de génération d'une représentation tridimensionnelle de l'objet observé. Ceci implique: - une modification de la fréquence spatiale correspondant, dans un espace tridimensionnel, à chaque point d'une image plane en fréquence : fréquence spatiale dépend de l'indice de l'objet. When all of the above parameters have been evaluated, they must be used to compensate for the corresponding effects in the procedure of generating a three-dimensional representation of the observed object. This implies: - a modification of the corresponding spatial frequency, in a three-dimensional space, at each point of a plane plane in frequency: spatial frequency depends on the index of the object.
- une correction des décalages de phase liés à la présence de l'objet et au déplacement des objectifs. a correction of the phase shifts related to the presence of the object and the displacement of the objectives.
Suivant une version de l'invention, cette correction est effectuée en multipliant chaque image plane en fréquence par une fonction de correction tenant compte des divers paramètres déterminés plus haut. Le calcul d'une telle fonction est exposé en 7. 16. et l'opération de multiplication est effectuée par exemple dans l'étape 2 de l'algorithme décrit en 7.17. According to one version of the invention, this correction is performed by multiplying each frequency-plane image by a correction function taking into account the various parameters determined above. The calculation of such a function is explained in 7. 16. and the multiplication operation is performed for example in step 2 of the algorithm described in 7.17.
3. 17. Echantillonnage régulier
Lorsque deux objectifs de microscope sont utilisés, le pas d'échantillonnage sur l'image plane en fréquence générée à partir d'une des surfaces de réception peut être pris comme base du pas d'échantillonnage de la représentation tridimensionnelle de l'objet suivant deux axes correspondants. Si aucune précaution n'est prise: - Les points images des ondes d'éclairage sur cette image plane en fréquence ne correspondent pas à des valeurs entières des coordonnées en pixels. 3. 17. Regular sampling
When two microscope objectives are used, the sampling step on the frequency-plane image generated from one of the receiving surfaces can be taken as the basis of the sampling pitch of the three-dimensional representation of the next two object. corresponding axes. If no precautions are taken: - The image points of the illumination waves on this frequency-plane image do not correspond to integer values of the coordinates in pixels.
- Dans le cas ou deux objectifs sont utilisés, le pas d'échantillonnage et les axes sur l'image plane en fréquence générée à partir d'une surface de réception associée à l'objectif en vis-à-vis ne correspondent pas au pas d'échantillonnage et aux axes de la représentation tridimensionnelle de l'objet. In the case where two objectives are used, the sampling pitch and the axes on the frequency-plane image generated from a reception surface associated with the objective opposite do not correspond to the pitch. sampling and the axes of the three-dimensional representation of the object.
Il s'ensuit que l'échantillonnage de la représentation tridimensionnelle de l'objet n'est pas régulier. It follows that the sampling of the three-dimensional representation of the object is not regular.
Selon une version de l'invention, cet échantillonnage est rendu régulier suivant deux axes correspondant aux axes des représentations planes en fréquence. La qualité de la représentation tridimensionnelle de l'objet est alors nettement améliorée. According to one version of the invention, this sampling is made regular along two axes corresponding to the axes of the plane plane representations. The quality of the three-dimensional representation of the object is then significantly improved.
L'image plane en fréquence peut en particulier être modifiée, du fait des imperfections du système optique, par rotation ou par homothétie. Pour obtenir un échantillonnage régulier, il est nécessaire d'annuler ou de compenser ces imperfections. The frequency-plane image can in particular be modified, because of the imperfections of the optical system, by rotation or by homothety. To obtain a regular sampling, it is necessary to cancel or compensate for these imperfections.
Par ailleurs, dans le mode de réalisation 4, il doit exister des correspondances point à point entre les différents SLM utilisés et les CCD. La réalisation de ces correspondances nécessite le même type de réglages. On the other hand, in Embodiment 4, there must be point-to-point matches between the different SLMs used and the CCDs. The realization of these correspondences requires the same type of adjustments.
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Selon une version de l'invention, le microscope comporte donc un ou plusieurs dispositifs optiques permettant un réglage en rotation des images générées dans les plans de fréquence, et/ou un ou plusieurs dispositifs permettant le réglage en grandissement des images générées dans les plans de fréquence. According to one version of the invention, the microscope thus comprises one or more optical devices allowing a rotation adjustment of the images generated in the frequency planes, and / or one or more devices allowing the magnification adjustment of the images generated in the planes of frequency.
3.17.1. Réglage de l'échelle de la représentation (homothétie)
Ce réglage est en fait un réglage de grandissement. Selon une version de l'invention, le grandissement d'une image est ajusté à l'aide d'un système optique de distance focale variable. Un tel système peut par exemple être composé de deux lentilles, une variation de la distance entre lesdites lentilles se traduisant par une variation de la distance focale de l'ensemble. Un tel dispositif est utilisé dans les modes de réalisation 4 et 5 et est décrit en 8.1.4.1. 3.17.1. Adjustment of the representation scale (homothety)
This setting is actually a magnification setting. According to one version of the invention, the magnification of an image is adjusted using an optical system of variable focal length. Such a system may for example be composed of two lenses, a variation of the distance between said lenses resulting in a variation of the focal length of the assembly. Such a device is used in Embodiments 4 and 5 and is described in 8.1.4.1.
3. 17.2. Réglage en rotation d'une image
Selon une version de l'invention, ce réglage est effectué à l'aide d'un dispositif constitué d'un premier groupe de miroirs fixes et d'un second groupe de miroirs, vérifiant les conditions suivantes: - le premier groupe de miroirs symétrise le vecteur d'onde du faisceau incident par rapport à un axe donné. 3. 17.2. Rotational adjustment of an image
According to one version of the invention, this adjustment is performed using a device consisting of a first group of fixed mirrors and a second group of mirrors, verifying the following conditions: the first mirror group mirrors the wave vector of the incident beam with respect to a given axis.
- le second groupe de miroirs symétrise le vecteur d'onde du faisceau incident par rapport à un second axe. the second group of mirrors symmetries the wave vector of the incident beam with respect to a second axis.
- le second groupe de miroirs est mobile en rotation autour d'un axe orthogonal au plan de ces deux axes. - The second group of mirrors is rotatable about an axis orthogonal to the plane of these two axes.
L'ensemble des deux groupes de miroirs a alors l'effet de faire effectuer une rotation au faisceau représenté dans un plan de fréquence, l'angle de rotation étant le double de l'angle entre les deux axes de symétrie. Un tel dispositif est utilisé dans les modes de réalisation 4 et 5 et est décrit en 8.1.4.2. The set of two groups of mirrors then has the effect of rotating the beam represented in a frequency plane, the angle of rotation being twice the angle between the two axes of symmetry. Such a device is used in Embodiments 4 and 5 and is described in 8.1.4.2.
3.18. Objectifs de microscope adaptés. 3.18. Microscope objectives adapted.
Les objectifs de microscope classiques sont prévus pour fonctionner avec un liquide d'immersion et une lamelle couvre-objet d'indice proche de celui du verre. Ceci est sans importance dans le cas ou on observe des échantillons bidimensionnels. Cependant, dans le cas ou on observe des échantillons épais et d'indice fortement différent de celui du verre, par exemple des échantillons en phase aqueuse, l'aberration sphérique engendrée peut être telle qu'elle dégrade fortement l'image, malgré les algorithmes de compensation de l'aberration utilisés. Conventional microscope objectives are intended to operate with immersion liquid and a cover glass of index close to that of glass. This is irrelevant in the case where two-dimensional samples are observed. However, in the case where thick samples with an index very different from that of the glass, for example samples in the aqueous phase, are observed, the spherical aberration generated can be such that it greatly degrades the image, despite the algorithms compensation for the aberration used.
Selon une version de l'invention, ce problème est résolu en utilisant un objectif prévu pour fonctionner avec un liquide d'immersion dont l'indice est égal ou proche de l'indice moyen de l'échantillon observé. L'objectif peut être dimensionné par des méthodes usuelles de calcul optique, les critères de dimensionnement différant des critères usuels par le fait que l'indice du liquide d'immersion, que l'on appellera indice nominal de l'objectif, a été modifié. Si l'échantillon observé est constitué essentiellement d'eau, la conception peut être facilitée par l'utilisation d'une lame couvre-objet en Teflon. According to one version of the invention, this problem is solved by using an objective intended to operate with an immersion liquid whose index is equal to or close to the average index of the sample observed. The objective can be dimensioned by usual methods of optical calculation, the criteria of dimensioning differing from the usual criteria by the fact that the index of the liquid of immersion, which one will call index nominal of the objective, has been modified . If the sample observed consists essentially of water, the design can be facilitated by the use of a Teflon coverslip.
3. 19. Méthode de traitement des données dans le cas d'une mémoire vive limitée
Les calculs de représentation fréquentielle tridimensionnelle mettent en oeuvre des quantités importantes de données. Ces données étant normalement accédées dans un ordre aléatoire, elles ne peuvent 3. 19. Method of data processing in the case of a limited random access memory
Three-dimensional frequency representation calculations use large amounts of data. Since this data is normally accessed in random order, it can not be
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pas être stockées pendant les calculs sur un support à accès séquentiel comme un disque dur et doivent être stockées sur un support à accès aléatoire comme une mémoire interne d'ordinateur (RAM). not be stored during calculations on sequential access media such as a hard disk and must be stored on random access media such as internal computer memory (RAM).
Selon une version avantageuse de l'invention, adaptée au cas ou le système ne dispose pas de suffisamment de mémoire vive pour pouvoir stocker l'ensemble des données, l'algorithme de calcul est modifié de manière à traiter les données bloc par bloc, un bloc correspondant à une quantité importante de données qui peuvent alors être stockées séquentiellement sur un support à accès séquentiel et chargées en mémoire centrale uniquement pendant le temps de traitement dudit bloc. A cette fin: - L'algorithme modifié effectue dans un espace tridimensionnel des traitements plan horizontal par plan horizontal, chaque plan horizontal étant stocké sur le support à accès séquentiel en un seul bloc. According to an advantageous version of the invention, adapted to the case where the system does not have enough RAM to be able to store all the data, the calculation algorithm is modified so as to process the data block by block, a block corresponding to a large amount of data which can then be stored sequentially on a sequential access medium and loaded into the central memory only during the processing time of said block. To this end: the modified algorithm performs, in a three-dimensional space, horizontal plane treatments by horizontal plane, each horizontal plane being stored on the sequential access support in a single block.
- Afin de pouvoir effectuer également des traitements suivant la dimension verticale, l'algorithme intègre des phases d'échange d'axes qui permettent de ramener provisoirement l'axe vertical dans un plan horizontal. - In order to be able to also perform treatments according to the vertical dimension, the algorithm incorporates axis exchange phases that can temporarily bring the vertical axis in a horizontal plane.
- La procédure d'échange d'axes opère bloc par bloc, les blocs ayant généralement des dimensions égales ou proches selon les deux axes à échanger et ayant pour taille en octets la taille maximale qui puisse être stockée en mémoire centrale du système (mémoire RAM à accès aléatoire). - The axis exchange procedure operates block by block, the blocks generally having equal or close dimensions along the two axes to be exchanged and having size in bytes the maximum size that can be stored in the system's main memory (RAM memory random access).
Cette méthode est mise en oeuvre dans le mode de réalisation 1 et décrite au paragraphe 5.21. This method is implemented in Embodiment 1 and described in Section 5.21.
3. 20. Images générées par le microscope. 3. 20. Images generated by the microscope.
Les représentations tridimensionnelles générées par le présent microscope peuvent être stockées et transmises sous forme d'un tableau à trois dimensions de nombres complexes. Selon une version de l'invention, il est possible de générer à partir de ce tableau des coupes ou des projections bidimensionnelles représentant soit l'indice soit l'absorbtivité dans l'objet. The three-dimensional representations generated by the present microscope can be stored and transmitted as a three-dimensional array of complex numbers. According to one version of the invention, it is possible to generate from this table two-dimensional sections or projections representing either the index or the absorbance in the object.
3. 21. Système de positionnement des éléments optiques. 3. 21. Optical element positioning system.
Les modes de réalisation décrits nécessitent l'utilisation de nombreux positionneurs de bonne précision. Ces positionneurs sont des éléments coûteux peu adaptés à une fabrication en série et susceptibles de se dérégler avec le temps. The described embodiments require the use of many positioners of good accuracy. These positioners are expensive elements that are not well suited to mass production and that may become unstable over time.
Selon une version de l'invention, ce problème est réglé en utilisant lors de la fabrication du microscope des positionneurs amovibles, chaque élément étant positionné puis fixé par un liant, par exemple une colle, et le positionneur étant retiré après solidification définitive du liant. According to one version of the invention, this problem is solved by using, during the manufacture of the microscope, removable positioners, each element being positioned and then fixed by a binder, for example an adhesive, and the positioner being removed after final solidification of the binder.
3. 22. Système de protection contre les chocs, les vibrations et la poussière. 3. 22. Protection system against shock, vibration and dust.
Les microscopes décrits sont constitués d'un ensemble d'éléments fixés à une table optique. Lors d'un éventuel transport, des chocs même légers peuvent entraîner un dérèglement du système. Lors d'une utilisation prolongée, la poussière peut se déposer sur les différents éléments optiques. The described microscopes consist of a set of elements attached to an optical table. During a possible transport, even slight shocks can cause a disturbance of the system. During prolonged use, dust can be deposited on the various optical elements.
Selon une version de l'invention, la plus grande partie du dispositif optique est inclus dans une boîte hermétiquement fermée qui est elle-même incluse dans une boîte plus grande, la liaison entre les deux boîtes se faisant par l'intermédiaire d'amortisseurs disposés sur chaque coté de ladite boîte hermétiquement According to one version of the invention, most of the optical device is included in a hermetically sealed box which is itself included in a larger box, the connection between the two boxes being via dampers arranged on each side of said box hermetically
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fermée. Ce système protège le microscope des chocs et de la poussière tout en permettant une bonne suspension de la table optique. closed. This system protects the microscope from shock and dust while allowing a good suspension of the optical table.
4.Description sommaire des dessins:
Les Fig.1à 24 se rapportent à un premier mode de réalisation. La Fig.1 est un schéma d'ensemble de l'optique du microscope. Les Fig. 2 et 3 représentent le détail du positionneur angulaire (110) déjà représenté sur la Fig.l. La Fig. 4 est un schéma d'ensemble du support mécanique vertical et antivibratoire du microscope. La Fig.5 représente le détail d'un tendeur de la Fig. 4. La Fig. 6 représente un exemple de dimensionnement de la partie optique. Les Fig. 7 à 9 sont des représentations graphiques servant de support à l'explication du principe de fonctionnement du microscope. La Fig.10 représente l'algorithme d'un programme permettant de régler les tensions de commande du piézoélectrique (122). La Fig. 11 représente l'algorithme détaillé d'une procédure de prise d'images utilisée dans le programme précédent. La Fig.12 représente l'algorithme d'un programme permettant de régler l'atténuateur d'intensité constitué du polariseur (105) et du rotateur de polarisation (104) et d'obtenir ses caractéristiques. La Fig. 13 représente l'algorithme détaillé d'une procédure 'bas niveau' de prise d'images utilisée dans le programme précédent et dans les programmes d'acquisition d'image 2D ou 3D. La Fig. 14 représente l'algorithme d'un programme de focalisation permettant d'obtenir une image 2D et de focaliser l'objectif de microscope (113).La Fig. 15 représente l'algorithme d'un programme permettant de régler la position du condenseur (111) et d'obtenir certains paramètres du système. La Fig. 16 représente symboliquement une image affichée à l'écran par le précédent progranune. La fig. 17 représente graphiquement un calcul effectué par ce programme. La Fig.18 représente l'algorithme du programme d'acquisition d'image tridimensionnelle. La Fig. 19 représente l'algorithme d'un programme de calcul générant à partir des résultats de l'acquisition une représentation tridimensionnelle de l'objet. La Fig. 20 représente schématiquement une opération effectuée par la première partie de ce programme. La Fig.21représente le détail de l'algorithme de cette première partie. La Fig. 22 représente schématiquement une opération effectuée par la deuxième partie de ce programme. La Fig. 23 représente l'algorithme d'une troisième partie de ce programme. La Fig.24 représente l'algorithme d'une dernière partie de ce programme. 4.Design description of the drawings:
Fig.1 to 24 relate to a first embodiment. Fig.1 is an overall diagram of the microscope optics. Figs. 2 and 3 show the detail of the angular positioner (110) already shown in FIG. Fig. 4 is an overall diagram of the vertical mechanical support and antivibration of the microscope. Fig.5 shows the detail of a tensioner of FIG. 4. FIG. 6 represents an example of sizing of the optical part. Figs. 7 to 9 are graphical representations serving as a support for explaining the operating principle of the microscope. Fig. 10 shows the algorithm of a program for setting the control voltages of the piezoelectric (122). Fig. 11 shows the detailed algorithm of an imaging procedure used in the previous program. Fig.12 shows the algorithm of a program for adjusting the intensity attenuator consisting of the polarizer (105) and the polarization rotator (104) and to obtain its characteristics. Fig. 13 shows the detailed algorithm of a low level image taking procedure used in the previous program and in the 2D or 3D image acquisition programs. Fig. 14 shows the algorithm of a focusing program for obtaining a 2D image and focusing the microscope objective (113). FIG. 15 shows the algorithm of a program for adjusting the position of the condenser (111) and obtaining certain parameters of the system. Fig. 16 symbolically represents an image displayed on the screen by the previous progranune. Fig. 17 graphically represents a calculation made by this program. Fig.18 shows the algorithm of the three-dimensional image acquisition program. Fig. 19 represents the algorithm of a computer program generating from the results of the acquisition a three-dimensional representation of the object. Fig. 20 schematically represents an operation performed by the first part of this program. Fig.21represent the detail of the algorithm of this first part. Fig. 22 schematically represents an operation performed by the second part of this program. Fig. 23 represents the algorithm of a third part of this program. Fig.24 shows the algorithm of a last part of this program.
Les Fig. 25 et 26 se rapportent à un second mode de réalisation. La Fig. 25 est un schéma d'ensemble de la partie optique du microscope. La Fig.26 représente l'algorithme de la procédure 'bas niveau' d'acquisition d'images utilisée. Figs. 25 and 26 relate to a second embodiment. Fig. 25 is an overall diagram of the optical part of the microscope. Fig.26 shows the algorithm of the 'low level' image acquisition procedure used.
La Fig. 71 illustre un appareil spécifique utilisé dans les opérations de réglage pour les modes de réalisation 3 à 5. Fig. 71 illustrates a specific apparatus used in the setting operations for Embodiments 3 to 5.
Les Fig. 27 à 59 se rapportent à un troisième mode de réalisation. Les Fig. 27 et 28 constituent un schéma d'ensemble de la partie optique du microscope. La Fig. 29 schématise le trajet optique des rayons entre l'objectif et le capteur. La Fig. 30 représente le dispositif d'atténuation de faisceau utilisé. La Fig. 31 est un schéma de principe illustrant son fonctionnement dans le cas ou il y a effectivement atténuation. La Fig. 32 est un schéma de principe illustrant son fonctionnement dans le cas ou il n'y a pas d'atténuation. La Fig. 33 représente le dispositifde décalage de phase utilisé. La Fig. 34 est un schéma de principe illustrant Figs. 27 to 59 relate to a third embodiment. Figs. 27 and 28 constitute an overall diagram of the optical part of the microscope. Fig. 29 schematizes the optical path of the rays between the lens and the sensor. Fig. 30 represents the beam attenuation device used. Fig. 31 is a block diagram illustrating its operation in the case where there is actually attenuation. Fig. 32 is a block diagram illustrating its operation in the case where there is no attenuation. Fig. 33 shows the phase shift device used. Fig. 34 is a block diagram illustrating
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son fonctionnement. La Fig. 35 reprend la Fig.34 en indiquant les déphasages des différents vecteurs. La Fig. 36 reprend la Fig. 34 en indiquant le module des différents vecteurs. La Fig. 37 représente une unité élémentaire du dispositif de déviation de faisceau utilisé. La Fig. 38 représente le dispositifde déviation du faisceau et de commutation, formé par association de ces unités élémentaires. Les Fig.39et 40 sont des schémas de principe permettant de comprendre le fonctionnement d'une unité élémentaire. La Fig.39 correspond à une direction de déviation et la Fig. 40 à l'autre direction de déviation possible. La Fig.41 illustre le calcul de la déviation du faisceau par un prisme. Les Fig.42 à 44 illustrent des étapes d'une procédure de marquage des rotateurs de phase. La Fig. 42 illustre la première étape et les Fig. 43 et 44 illustrent une deuxième étape, dans deux cas différents. La Fig.45 illustre le calcul de la différence de marche produite sur un faisceau parallèle par un objet d'indice et d'épaisseur donnés. La Fig. 46 illustre le calcul de la différence de marche produite sur un faisceau parallèle par un déplacement du point d'origine de l'onde de référence, par rapport auquel le trajet optique est calculé. Les Fig. 47 à 50 et la Fig.60 illustrent un algorithme de calcul des valeurs d'indice et d'épaisseur de l'échantillon ainsi que du déplacement du point d'origine de l'onde de référence. La Fig. 47 correspond au niveau le plus élevé de cet algorithme et la Fig.50 au niveau le plus bas. La Fig. 51représente dans un espace tridimensionnel différents vecteurs utilisés pour évaluer l'effet sur l'onde diffractée de la polarisation du faisceau d'éclairage. La Fig. 52 représente dans le plan d'un capteur des vecteurs déduits des précédents. La Fig.53 représente un algorithme permettant d'obtenir des indices de commande du déviateur de faisceau à partir des coordonnées du point d'impact direct recherché pour le faisceau d'éclairage. La Fig. 54 illustre le calcul de la différence de marche d'une onde issue d'un point de l'objet par rapport à une onde de référence. La Fig. 55 illustre le calcul de la différence de marche entre une onde issue d'un point de l'objet et les ondes de référence utilisées sur les deux capteurs du système. La Fig. 56 illustre la trajectoire, sur un des capteurs, du point d'impact direct de l'onde d'éclairage, pendant une procédure de prise d'image. La Fig. 57 représente un algorithme déterminant la position de l'objet par rapport aux objectifs. La Fig.58illustre la manière dont la représentation fréquentielle tridimensionnelle de l'objet est obtenue par superposition de représentations bidimensionnelles. La Fig. 59 représente en coupe la représentation fréquentielle tridimensionnelle de l'objet. its operation. Fig. 35 shows again the phase shifts of the different vectors. Fig. 36 shows FIG. 34 by indicating the module of the different vectors. Fig. 37 represents an elementary unit of the beam deflection device used. Fig. 38 shows the beam deviation and switching device formed by association of these elementary units. Figs. 39 and 40 are schematic diagrams for understanding the operation of an elementary unit. Fig. 39 corresponds to a deflection direction and Fig. 40 to the other direction of deviation possible. Fig.41 illustrates the calculation of beam deflection by a prism. Figs. 42 to 44 illustrate steps of a phase rotator labeling procedure. Fig. 42 illustrates the first step and Figs. 43 and 44 illustrate a second stage, in two different cases. Fig. 45 illustrates the calculation of the difference in step produced on a parallel beam by an object of given index and thickness. Fig. 46 illustrates the calculation of the path difference produced on a parallel beam by a displacement of the origin point of the reference wave, with respect to which the optical path is calculated. Figs. Figs. 47 to 50 and Fig. 60 illustrate an algorithm for calculating the index and thickness values of the sample as well as the displacement of the origin point of the reference wave. Fig. 47 corresponds to the highest level of this algorithm and Fig. 50 to the lowest level. Fig. 51 represents in a three-dimensional space different vectors used to evaluate the effect on the diffracted wave of the polarization of the illumination beam. Fig. 52 represents in the plane of a sensor vectors deduced from the previous ones. Fig.53 shows an algorithm for obtaining control indices of the beam deflector from the coordinates of the desired direct impact point for the illumination beam. Fig. 54 illustrates the calculation of the difference in operation of a wave coming from a point of the object with respect to a reference wave. Fig. 55 illustrates the calculation of the difference in operation between a wave coming from a point of the object and the reference waves used on the two sensors of the system. Fig. 56 illustrates the trajectory, on one of the sensors, of the point of direct impact of the illumination wave, during an imaging procedure. Fig. 57 represents an algorithm determining the position of the object in relation to the objectives. Fig.58 illustrates how the three-dimensional frequency representation of the object is obtained by superposition of two-dimensional representations. Fig. 59 shows in section the three-dimensional frequency representation of the object.
Les Fig. 61 à 70 et 72 se rapportent à un quatrième mode de réalisation de l'invention, constituant le mode de réalisation préféré. Les Fig. 61,62,63 constituent un schéma d'ensemble de la partie optique du microscope. Les Fig.64 et 65 illustrent le fonctionnement du déviateur de faisceau utilisé dans ce mode de réalisation. La Fig.66 illustre le fonctionnement d'un système de suppression de l'onde d'éclairage directe. Figs. 61 to 70 and 72 relate to a fourth embodiment of the invention, constituting the preferred embodiment. Figs. 61, 62, 63 constitute an overall diagram of the optical part of the microscope. Figs. 64 and 65 illustrate the operation of the beam deflector used in this embodiment. Fig.66 illustrates the operation of a direct illumination wave suppression system.
Les Fig. 67 et 68 illustrent le principe utilisé pour contrôler la trajectoirs du faisceau. Les Fig. 69 et 70 illustrent un système utilisé pour effectuer une rotation contrôlée d'un faisceau. La Fig. 72 illustre l'image devant être obtenue dans une des opérations de réglage. Figs. 67 and 68 illustrate the principle used to control the path of the beam. Figs. 69 and 70 illustrate a system used for controlled rotation of a beam. Fig. 72 illustrates the image to be obtained in one of the adjustment operations.
Les Fig. 73 à 82 se rapportent à un cinquième mode de réalisation. Les Fig. 73 et 74 constituent un schéma d'ensemble de la partie optique du système. Les Fig. 75 et 76 illustrent des images obtenues lors d'une étape intermédiaire de calcul. La Fig. 77 illustre un algorithme utilisé pour déterminer la séquence de commande d'un miroir déviant le faisceau et pour déterminer la séquence de commande d'une vitre arrêtant Figs. 73 to 82 relate to a fifth embodiment. Figs. 73 and 74 constitute an overall diagram of the optical part of the system. Figs. 75 and 76 illustrate images obtained during an intermediate calculation step. Fig. 77 illustrates an algorithm used to determine the control sequence of a mirror deflecting the beam and to determine the control sequence of a stopping glass.
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l'onde d'éclairage directe. Les Fig. 78 et 79 représentent des images obtenues lors d'une étape de réglage. the direct light wave. Figs. 78 and 79 show images obtained during a setting step.
La Fig. 80 illustre le principe utilisé pour faire varier la polarisation de l'onde d'éclairage et la direction d'analyse. La Fig. 81 représente les points correspondant à diverses ondes d'éclairage utilisées dans un algorithme de recalage en phase. La Fig.82 représente un diaphragme utilisé dans ce mode de réalisation. Fig. 80 illustrates the principle used to vary the polarization of the illumination wave and the direction of analysis. Fig. 81 represents the points corresponding to various illumination waves used in an in-phase registration algorithm. Fig. 82 shows a diaphragm used in this embodiment.
Les Fig.83 à 85 se rapportent à un dispositif pour positionner et fixer de manière définitive des éléments optiques. La Fig. 83 et la Fig. 84 représentent des pièces de ce dispositif et la Fig. 85 représente l'ensemble de ce dispositif. Figs.83 to 85 relate to a device for definitively positioning and fixing optical elements. Fig. 83 and FIG. 84 represent parts of this device and FIG. 85 represents the whole of this device.
Les Fig. 86 à 88 se rapportent à un dispositifpour protéger le microscope des chocs et de la poussière. La Fig. 86 représente un schéma de principe du dispositif. Les Fig.87 et 88 représentent une configuration spécifique adaptée au cas du modes de réalisation 4. Figs. 86 to 88 relate to a device for protecting the microscope from shock and dust. Fig. 86 represents a block diagram of the device. Figs. 88 and 88 show a specific configuration adapted to the case of embodiments 4.
5.Description d'un premier mode de réalisation:
Ce mode de réalisation est le plus simple et il est peu coûteux. 5.Description of a first embodiment:
This embodiment is the simplest and is inexpensive.
5.1.caractéristiques matérielles:
Un faisceau laser de longueur d'onde 633 nm polarisé dans le sens orthogonal à la figure est émis par le laser hélium-néon (100) et traverse le filtre (101) constitué de zéro, un ou plusieurs filtres empilés, en verre teinté Schott. Il est ensuite séparé en un faisceau d'éclairage Fe et un faisceau de référence Fr par le miroir semi-transparent (102). Le faisceau d'éclairage traverse ensuite un filtre (103) du même type que (101), puis un rotateur de polarisation (104) à base de cristaux liquides ferroélectriques et commercialisé par la société Displaytech Inc., 2602 Clover Basin Dr., Longmont, CO 80503, Etats-Unis. Il traverse ensuite un polariseur (105). Le faisceau traverse ensuite un achromat (106) puis un diaphragme (107) et un achromat (108). Il est réfléchi par un miroir (109) fixé sur un positionneur angulaire (110) commandé par deux moteurs pas à pas. Il traverse ensuite un condenseur (111) d'ouverture 1,2 et atteint l'objet (112). L'objet (112) est un échantillon placé entre lame et lamelle, dont l'absorptivité et les variations d'indice sont relativement faibles, et dont on veut obtenir une image tridimensionnelle. Les lentilles (106) et (108) doivent être telles que le faisceau laser focalise dans le plan focal objet du condenseur (111) et ait une ouverture suffisante à son arrivée dans ce plan focal. Le faisceau est donc à nouveau parallèle lorsqu'il atteint l'objet (112). Le plan de l'objet doit être horizontal pour que l'huile optique nécessaire pour utiliser l'objectif et le condenseur à immersion ne coule pas. L'axe optique est donc vertical et les éléments de la Fig.1 sont fixés sur une plaque verticale (300) représentée sur la Fig.4. 5.1.characteristics:
A laser beam of wavelength 633 nm polarized in the direction orthogonal to the figure is emitted by the helium-neon laser (100) and passes through the filter (101) consisting of zero, one or more stacked filters, stained glass Schott . It is then separated into a lighting beam Fe and a reference beam Fr by the semi-transparent mirror (102). The illumination beam then passes through a filter (103) of the same type as (101), then a polarization rotator (104) based on ferroelectric liquid crystals and marketed by Displaytech Inc., 2602 Clover Basin Dr., Longmont , CO 80503, USA. It then passes through a polarizer (105). The beam then passes through an achromat (106) then a diaphragm (107) and an achromat (108). It is reflected by a mirror (109) fixed on an angular positioner (110) controlled by two stepper motors. It then passes through a condenser (111) opening 1.2 and reaches the object (112). The object (112) is a sample placed between lamina and lamella, whose absorptivity and index variations are relatively small, and of which we want to obtain a three-dimensional image. The lenses (106) and (108) must be such that the laser beam focuses in the object focal plane of the condenser (111) and has a sufficient opening upon its arrival in this focal plane. The beam is again parallel when it reaches the object (112). The plane of the object must be horizontal so that the optical oil needed to use the lens and the immersion condenser does not run. The optical axis is vertical and the elements of Fig.1 are fixed on a vertical plate (300) shown in Fig.4.
Le positionneur angulaire (110) est détaillé sur les Fig.2et 3. La Fig 2 représente une plaque sur laquelle le miroir (109) est collé, en vue de dessous. La Fig.3 représente l'ensemble du dispositifvu de coté. The angular positioner (110) is detailed in FIGS. 2 and 3. FIG. 2 represents a plate on which the mirror (109) is glued, seen from below. Fig.3 shows the entire devicevu side.
La plaque (200) est posée sur des plots de contact mobiles (205) et (212) dont les points de contact avec la plaque sont en (203) et (204), et sur un plot de contact fixe dont le point de contact est en (201), la plaque (200) étant légèrement creusée en ce point. Elle est maintenue par un ressort (210) fixé à la plaque en (202) et à un plot fixe (211). Le plot de contact mobile (205) se déplace verticalement en translation et est intégré à un actuateur un axe de type classique : il est bloqué en rotation par un flexible (207) et est entraîné en The plate (200) is placed on movable contact pads (205) and (212) whose points of contact with the plate are in (203) and (204), and on a fixed contact pad whose point of contact is in (201), the plate (200) being slightly hollowed at this point. It is held by a spring (210) fixed to the plate (202) and to a fixed stud (211). The movable contact pad (205) moves vertically in translation and is integrated in an actuator a conventional type of axis: it is locked in rotation by a flexible (207) and is driven in
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translation par la rotation de la tige (206) sortant du moteur pas à pas (208) qui est par exemple un moteur pas à pas 400 pas/tour. L'entraînement se fait par exemple par l'intermédiaire d'un pas de vis. Le plot de contact (212) est de même entraîné par la rotation du moteur (213). Le point de contact fixe (201) doit être dans l'axe optique de l'objectif (113) et le centre du miroir doit être sur ce point de contact. Les moteurs (208) et (213) sont fixés sur une plaque (209) elle-même fixée sur la plaque support (300). translation by rotation of the rod (206) exiting the stepper motor (208) which is for example a stepping motor 400 steps / turn. The drive is done for example via a thread. The contact pad (212) is likewise driven by the rotation of the motor (213). The fixed point of contact (201) must be in the optical axis of the objective (113) and the center of the mirror must be on this point of contact. The motors (208) and (213) are fixed on a plate (209) itself fixed on the support plate (300).
L'onde issue de l'objet (112) traverse l'objectif de microscope (113). Cet objectifest un objectif plan (qui donne une image plane d'un plan), à grande ouverture (par exemple 1,25), à immersion, et formant une image aggrandie de l'objet à une distance finie. The wave from the object (112) passes through the microscope objective (113). This objective is a plane objective (which gives a plane image of a plane), with a large aperture (for example 1.25), with immersion, and forming an enlarged image of the object at a finite distance.
Dans le plan ou l'objectif forme normalement l'image de l'objet à observer, on interpose un diaphragme (114) permettant un filtrage spatial de l'image. En arrière de ce plan on positionne un achromat (115) dont le plan focal objet doit être confondu avec le plan focal image de l'objectif (113). Un second achromat (117) dont le plan focal image est dans le plan d'un capteur CCD (118) forme dans le plan de ce CCD l'image du plan focal image de l'objectif (113). Le CCD (118) est intégré à une caméra (119) sortant un signal vidéo analogique. In the plane where the objective normally forms the image of the object to be observed, a diaphragm (114) is interposed for spatial filtering of the image. Behind this plane is positioned an achromat (115) whose object focal plane must be confused with the image focal plane of the objective (113). A second achromat (117) whose image focal plane is in the plane of a CCD sensor (118) forms in the plane of this CCD the image of the image focal plane of the objective (113). The CCD (118) is integrated with a camera (119) outputting an analog video signal.
Le faisceau de référence traverse d'abord un filtre (120) de même type que (101) puis est réfléchi par un miroir (121) monté sur l'extrémité mobile d'un translateur piézoélectrique (122). Il traverse ensuite une lentille (123) qui focalise le faisceau en un point. Le faisceau divergent issu de ce point est réfléchi partiellement par le miroir semi-réfléchissant (116), ce qui le superpose au faisceau issu de l'objet et permet d'enregistrer leurs interférences sur le CCD (118). Le point de focalisation du faisceau issu de la lentille (123) doit avoir son image virtuelle après réflexion sur le miroir semi-transparent (116) au centre de l'image du diaphragme (114) par 1 'achromat (115). Le translateur piézoélectrique (122) permet de moduler la phase du faisceau de référence. The reference beam first passes through a filter (120) of the same type as (101) and is reflected by a mirror (121) mounted on the movable end of a piezoelectric translator (122). It then passes through a lens (123) which focuses the beam at a point. The diverging beam coming from this point is partially reflected by the semi-reflecting mirror (116), which superimposes it on the beam coming from the object and makes it possible to record their interference on the CCD (118). The focal point of the beam from the lens (123) must have its virtual image after reflection on the semi-transparent mirror (116) in the center of the image of the diaphragm (114) by the achromat (115). The piezoelectric translator (122) modulates the phase of the reference beam.
Les positionneurs manuels utilisés dans le système ne sont pas représentés sur la figure. L'objectif de microscope (113) est monté sur un dispositif de focalisation. Le laser (100) est monté sur un positionneur deux axes permettant d'en régler la direction. La partie fixe de la pile piézoélectrique (122) est montée sur un positionneur deux axes permettant une rotation par rapport à un axe orthogonal au plan de la figure et passant par le centre du miroir (121), et par rapport à un second axe situé dans le plan du miroir (121), orthogonal au premier axe et passant par le centre du miroir (121). Le condenseur est monté sur un positionneur trois axes en translation. La caméra (119) est montée sur un positionneur trois axes en translation. La position angulaire des miroirs semi-transparents (102) et (116) peut être ajustée manuellement. La lentille (106) peut être translatée suivant son axe. L'objet (112) est fixé sur un positionneur à deux dimensions permettant de le déplacer dans un plan horizontal. Le diaphragme (114) peut être déplacé dans un plan horizontal. Manual positioners used in the system are not shown in the figure. The microscope objective (113) is mounted on a focusing device. The laser (100) is mounted on a two-axis positioner to adjust the direction. The fixed portion of the piezoelectric stack (122) is mounted on a two-axis positioner allowing rotation relative to an axis orthogonal to the plane of the figure and passing through the center of the mirror (121), and relative to a second axis located in the plane of the mirror (121), orthogonal to the first axis and passing through the center of the mirror (121). The condenser is mounted on a three-axis positioner in translation. The camera (119) is mounted on a three-axis positioner in translation. The angular position of the semi-transparent mirrors (102) and (116) can be adjusted manually. The lens (106) can be translated along its axis. The object (112) is fixed on a two-dimensional positioner for moving it in a horizontal plane. The diaphragm (114) can be moved in a horizontal plane.
L'ensemble est fixé sur la plaque support (300), du coté de la plaque opposé au point de vue de la Fig.4. Cette plaque est fixée à deux plaques triangulaires (301) et (302) elles-mêmes fixées à une base carrée (303). La plaque (300) est également fixée directement à la base carrée (303). Les plaques (300) (301)(302)(303) sont en alliage d'aluminium rigide AU4G, par exemple d'épaisseur 20 mm. La fixation des plaques peut se faire par des vis et des trous taraudés, et doit être faite en un nombre de points The assembly is fixed on the support plate (300), on the opposite side of the plate from the point of view of FIG. This plate is attached to two triangular plates (301) and (302) themselves attached to a square base (303). The plate (300) is also attached directly to the square base (303). The plates (300) (301) (302) (303) are rigid aluminum alloy AU4G, for example of thickness 20 mm. Fixing plates can be done by screws and tapped holes, and must be made in a number of points
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suffisant pour assurer une rigidité parfaite de l'ensemble. Ceci permet de maintenir le système à la verticale en assurant une rigidité suffisante. L'ensemble est posé sur un support antivibratoire constitué d'une plaque en granit (304) d'épaisseur 30 mm posée sur une chambre à air de camionette gonflée à faible pression (305) qui amortit les vibrations et qui est elle-même posée sur une table rigide en bois (306). Un cadre rigide en bois (311) est fixé en hauteur par l'intermédiaire de montants (307) (308)(309)(310) à la table (306). L'ensemble de la construction en bois est renforcé de manière à être parfaitement rigide. Le haut de la plaque (300) est relié par des tendeurs (312)(313)(314)(315) aux coins du cadre rigide. Chaque tendeur, détaillé sur la Fig.5, est constitué d'un ensemble de bracelets élastiques (316) tendus entre deux anneaux (318) (317), ces anneaux étant eux-mêmes fixés à la plaque (300) et au cadre (311) par des cordelettes (320) (319), l'ensemble étant mis sous tension. La chambre à air (305) permet d'avoir pour l'ensemble suspendu en AU4G de faibles fréquences de résonnance pour les mouvements de translation, de l'ordre de 2 Hz. Les tendeurs (312) à (315) permettent de limiter le balancement de l'ensemble. La fréquence de balancement peut être évaluée simplement en imprimant un léger mouvement de balancier à l'ensemble et en mesurant le temps nécessaire pour avoir, par exemple, dix allers-retour. La fréquence de balancement se règle en modifiant le nombre de bracelets élastiques utilisés pour chaque tendeur. Plus il est élevé, plus la fréquence de balancement augmente Il doit être réglé pour que la fréquence de balancement soit du même ordre que la fréquence de résonnance pour les mouvements de translation, soit environ 2Hz. enough to ensure perfect rigidity of the whole. This keeps the system vertical by ensuring sufficient rigidity. The assembly is placed on an antivibration support consisting of a 30 mm thick granite plate (304) placed on a low pressure inflated truck (305) that dampens vibrations and is itself on a rigid wooden table (306). A rigid wooden frame (311) is fixed in height by means of uprights (307) (308) (309) (310) to the table (306). The entire wooden construction is reinforced so as to be perfectly rigid. The top of the plate (300) is connected by tensioners (312) (313) (314) (315) to the corners of the rigid frame. Each tensioner, detailed in FIG. 5, consists of a set of elastic bracelets (316) stretched between two rings (318) (317), these rings being themselves fixed to the plate (300) and the frame ( 311) by cords (320) (319), the assembly being energized. The air chamber (305) makes it possible to have, for the set suspended in AU4G, low resonance frequencies for the translation movements, of the order of 2 Hz. The tensioners (312) to (315) make it possible to limit the sway of the whole. The sway frequency can be evaluated simply by printing a slight pendulum movement to the assembly and measuring the time required to have, for example, ten round trips. The sway frequency is adjusted by changing the number of elastic bracelets used for each tensioner. The higher it is, the more the rocking frequency increases It must be set so that the rocking frequency is of the same order as the resonance frequency for the translation movements, about 2Hz.
Le montage des divers éléments sur la plaque (300), et en particulier des miroirs et miroirs semitransparents, doit être effectué de manière à assurer une rigidité maximale de l'ensemble. Toutes les précautions usuelles doivent être prises de manière à limiter les vibrations. The mounting of the various elements on the plate (300), and in particular semitransparent mirrors and mirrors, must be carried out so as to ensure maximum rigidity of the assembly. All the usual precautions must be taken in order to limit the vibrations.
Les précisions suivantes concernent un exemple particulier de dimensionnement pratique du dispositif. Les distances citées sont représentées sur la Fig. 6. Les dimensions données sont approximatives et certaines d'entre elles doivent être corrigées dans une phase de réglage. La lentille (106) est un achromat de distance focale 10 mm. La lentille (108) est un achromat de diamètre 24 mm et de distance focale 120 mm. La distance D7 entre (106) et (108) est de 250 mm. La distance D6 entre la lentille (108) et le centre du miroir (109) est de 100 mm. La distance D5 entre le centre du miroir (109) et le plan focal objet du condenseur est de 140 mm. Le condenseur est un condenseur fond clair à immersion d'ouverture 1,2. The following details relate to a particular example of practical dimensioning of the device. The distances quoted are shown in FIG. 6. The given dimensions are approximate and some of them must be corrected in an adjustment phase. The lens (106) is an achromat with a focal length of 10 mm. The lens (108) is an achromat with a diameter of 24 mm and a focal length of 120 mm. The distance D7 between (106) and (108) is 250 mm. The distance D6 between the lens (108) and the center of the mirror (109) is 100 mm. The distance D5 between the center of the mirror (109) and the object focal plane of the condenser is 140 mm. The condenser is a clear bottom condenser with opening dip 1.2.
L'objectif de microscope est un objectif plan x100 d'ouverture 1,25, à distance finie, formant l'image à 160 mm du col de l'objectif, de distance focale environ 1,8 mm. La distance D4 entre le col de l'objectif et le diaphragme (114) est de 160 mm. La distance D3 entre le diaphragme (114) et l'achromat (115) est de 20 mm. L'achromat (115) a une distance focale de 200 mm et un diamètre de 30 mm et sa face la plus bombée est orientée vers le miroir semi-transparent (116). L'achromat (117) a les mêmes caractéristiques et sa face la plus bombée est également orientée vers le miroir (116). La distance D2 entre les deux achromats est de 85 mm, permettant d'insérer un miroir semi-transparent (116) de dimensions suffisantes. La distance entre l'achromat (117) et le CCD (118) est de 200 mm. La lentille (123) a un diamètre de 4mm et une distance focale de 6mm. La distance D9 entre cette lentille et l'axe optique est d'environ 70 mm. La distance D8 entre l'achromat (115) et le centre du miroir semi-transparent (116), situé sur l'axe optique, est d'environ 45 mm. Le laser (100) est un laser hélium-néon de longueur d'onde dans le vide =633 nm polarisé dans The microscope objective is a 1.50 aperture x100 aperture objective, at finite distance, forming the image at 160 mm from the neck of the lens, with a focal length of about 1.8 mm. The distance D4 between the neck of the objective and the diaphragm (114) is 160 mm. The distance D3 between the diaphragm (114) and the achromat (115) is 20 mm. The achromat (115) has a focal length of 200 mm and a diameter of 30 mm and its most domed face is oriented towards the semi-transparent mirror (116). The achromat (117) has the same characteristics and its most domed face is also oriented towards the mirror (116). The distance D2 between the two achromats is 85 mm, to insert a semi-transparent mirror (116) of sufficient size. The distance between the achromat (117) and the CCD (118) is 200 mm. The lens (123) has a diameter of 4mm and a focal length of 6mm. The distance D9 between this lens and the optical axis is about 70 mm. The distance D8 between the achromat (115) and the center of the semi-transparent mirror (116), located on the optical axis, is about 45 mm. The laser (100) is a helium-neon laser of wavelength in vacuum = 633 nm polarized in
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le sens orthogonal à la figure, de puissance environ 0,5 mW, de diamètre de faisceau 0,5 mm. Le capteur CCD est un capteur à pixels carrés , la surface du pixel étant d'environ 8,5 x 8,5 micromètres, et la surface utile en pixels étant de dimension au moins égale à 512x512 pixels. La caméra sort un signal vidéo CCIR et une horloge pixel, et son temps d'exposition est égal à la moitié de la durée d'un champ, soit l/50e de seconde pour une caméra CCIR non entrelacée dont les champs durent 1/25e de seconde. Ceci permet d'avoir un délai entre la fin d'un champ et le début de la période d'exposition suivante, délai qui peut être utilisé pour modifier les conditions d'éclairage sans que la transition influe sur l'image. Le positionneur piézoélectrique (122) est une 'pile' piézoélectrique précontrainte en forme de cylindre dont le corps est fixe et l'extrémité se déplace de 15 micromètres pour une tension appliquée de 100 Volts. the direction orthogonal to the figure, of power approximately 0.5 mW, beam diameter 0.5 mm. The CCD sensor is a square pixel sensor, the pixel area being about 8.5 x 8.5 micrometers, and the usable area in pixels being at least 512 x 512 pixels in size. The camera outputs a CCIR video signal and a pixel clock, and its exposure time is equal to half the duration of a field, ie 1 / 50th of a second for a non-interlaced CCIR camera whose fields last 1 / 25th second. This allows a delay between the end of a field and the beginning of the next exposure period, which can be used to change the lighting conditions without the transition affecting the image. The piezoelectric positioner (122) is a prestressed, cylinder-shaped piezoelectric 'battery' whose body is fixed and the end moves 15 micrometers at an applied voltage of 100 volts.
Le système de calcul est par exemple un ordinateur type 'PC', doté de cartes d'acquisition et de commande appropriées et éventuellement de moyens de calcul supplémentaires, fonctionnant par exemple sous le système d'exploitation Windows 95. La carte d'acquisition du signal vidéo, fonctionnant en temps réel, échantillonne le signal sur 8 bits et acquiert des images de taille hpix x vpix ou hpix et vpix sont supérieurs à 512 et multiples de 4. Les pixels sont échantillonnés suivant l'horloge pixel, donc correspondent exactement aux pixels du CCD. Le positionneur piézoélectrique est piloté directement par une carte de conversion digitale/analogique sortant un signal compris par exemple entre zéro et Umax. avec par exemple Umax =10 volts. Une résistance est interposée entre la sortie de la carte de conversion et les bornes de l'actionneur piézoélectrique de manière à limiter le courant. Sa valeur est réglée de sorte que le temps de montée de la tension aux bornes de l'actionneur (122) soit d'environ 1 ms. Le rotateur de polarisation (104) est équivalent à une lame demi-onde dont l'axe peut tourner et a deux positions d'équilibre séparées par un angle de 45 degrés. S'il est positionné de manière à ce que le faisceau polarisé soit parallèle à cet axe dans une des positions d'équilibre, il fera tourner le faisceau de 90 degrés dans l'autre position. Le rotateur de polarisation est piloté par application d'une tension bipolaire, -5V correspondant à une position d'équilibre et +5V à l'autre. Chaque borne du rotateur de polarisation est reliée à une sortie 0/5V d'une carte de sortie numérique, et ses deux positions sont commandées en appliquant dans un cas OV à une sortie et 5V à l'autre, et en inversant pour l'autre position. Les moteurs pas à pas (208) et (212) sont également pilotés depuis l'ordinateur, via une carte de commande et une électronique appropriées. L'ordinateur est doté d'une mémoire interne suffisante (au moins 32 Mo) et d'un disque dur de taille suffisante (au moins 4 Go). The calculation system is for example a computer type 'PC', equipped with appropriate acquisition and control cards and possibly additional computing means, operating for example under the Windows 95 operating system. video signal, operating in real time, samples the signal on 8 bits and acquires images of size hpix x vpix or hpix and vpix are greater than 512 and multiples of 4. The pixels are sampled according to the pixel clock, so correspond exactly to the pixels of the CCD. The piezoelectric positioner is controlled directly by a digital / analog conversion card output signal included for example between zero and Umax. with for example Umax = 10 volts. A resistor is interposed between the output of the conversion board and the terminals of the piezoelectric actuator so as to limit the current. Its value is set so that the rise time of the voltage across the actuator (122) is about 1 ms. The polarization rotator (104) is equivalent to a half wave plate whose axis is rotatable and has two equilibrium positions separated by a 45 degree angle. If positioned so that the polarized beam is parallel to this axis in one of the equilibrium positions, it will rotate the beam 90 degrees to the other position. The polarization rotator is controlled by application of a bipolar voltage, -5V corresponding to a position of equilibrium and + 5V to the other. Each terminal of the polarization rotator is connected to a 0 / 5V output of a digital output board, and its two positions are controlled by applying in one OV case to one output and 5V to the other, and inverting for the other position. The stepper motors (208) and (212) are also controlled from the computer, via an appropriate control card and electronics. The computer has sufficient internal memory (at least 32 MB) and a hard disk of sufficient size (at least 4 GB).
5. 2.Conventions diverses
Les conventions suivantes seront utilisées dans la suite de cette description, y compris dans les autres modes de réalisation: -La lettre représente tantôt un indice, tantôt le nombre complexe imaginaire pur de module 1. 5. 2.Conventions
The following conventions will be used in the remainder of this description, including in the other embodiments: The letter represents sometimes an index, sometimes the complex pure complex number of module 1.
Dans le cas ou il peut y avoir ambiguité le nombre complexe/ sera noté 7. In the case where there can be ambiguity the complex number / will be noted 7.
- le signe = symbolise suivant les cas l'opération d'affectation ou l'égalité -l'expression a+=b signifie a=a+b -a multiplié par b est écrit ab, a.bou a*b - the sign = symbolizes, depending on the case, the assignment operation or equality -the expression a + = b means a = a + b -a multiplied by b is written ab, a.bou a * b
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-le module d'un nombre complexe z est noté #z# et son conjugué est noté z . the module of a complex number z is denoted # z # and its conjugate is denoted z.
- l'expression a%b signifiera a modulo b - si a est un entier booléen, # est son complémentaire, soit # = 1 et # = 0 0 - La transformée de Fourier discrète, dans sa forme la plus usuelle, transforme un Dirac situé à l'origine en une constante et transforme une constante en un point situé à l'origine. La transformée de Fourier discrète utilisée dans l'ensemble de ce brevet transforme une constante en un Dirac situé au milieu du tableau transformé et transforme un Dirac situé en ce point en une constante. Ceci signifie que le 'zéro' en fréquence ou en position est placé au milieu du tableau et non à l'origine du tableau. Cette transformée modifiée s'obtient à partir de la forme usuelle en effectuant avant et après la transformation une permutation d'indices. Un tableau E de dimension fdim est transformé comme suit:
1-première permutation: E[i]=E[(i+fdiml2)%fdim] 2- transformation de Fourier usuelle du tableau E 3- permutation inverse: E[i]=E[(i+fdiml2)%fdim] ou le signe % désigne le modulo. - the expression a% b will mean a modulo b - if a is a boolean integer, # is its complementary, ie # = 1 and # = 0 0 - The discrete Fourier transform, in its most usual form, transforms a Dirac originally located in a constant and transforms a constant to a point at the origin. The discrete Fourier transform used throughout this patent transforms a constant into a Dirac located in the middle of the transformed array and transforms a Dirac located at that point into a constant. This means that the 'zero' in frequency or position is placed in the middle of the table and not at the origin of the table. This modified transform is obtained from the usual form by performing a permutation of indices before and after the transformation. An array E of dimension fdim is transformed as follows:
1-first permutation: E [i] = E [(i + fdim1 2)% fdim] 2- usual Fourier transformation of array E 3 inverse permutation: E [i] = E [(i + fdim1 2)% fdim] or the sign% designates the modulo.
-La transformée de Fourier bidimensionnelle d'un tableau de lignes et colonnes est obtenue en effectuant la transformation de Fourier monodimensionnelle définie ci-dessus sur chaque ligne du tableau. ce qui génère un tableau intermédiaire, puis en effectuant cette transformation sur chaque colonne du tableau intermédiaire pour obtenir le tableau transformé. The two-dimensional Fourier transform of an array of rows and columns is obtained by performing the one-dimensional Fourier transform defined above on each row of the array. which generates an intermediate array, then performing this transformation on each column of the intermediate array to obtain the transformed array.
-De même, la transformée de Fourier tridimensionnelle consiste à effectuer successivement selon chaque axe des transformées monodimensionnelles étendues à l'ensemble du tableau. Likewise, the three-dimensional Fourier transform consists in successively performing, on each axis, one-dimensional transforms extended to the entire array.
5.3.Principes de fonctionnement
La valeur de l'onde lumineuse issue de l'objet sous un éclairage donné en un point du capteur CCD est obtenue à partir de l'enregistrement de trois figures d'interférences reçues sur le capteur, la phase de l'onde de référence étant décalée de 120 degrés entre chacune de ces figures. 5.3.Principles of operation
The value of the light wave coming from the object under a given illumination at a point of the CCD sensor is obtained from the recording of three interference patterns received on the sensor, the phase of the reference wave being offset by 120 degrees between each of these figures.
Si s est la vibration lumineuse issue de l'objet etr est la vibration lumineuse constituant l'onde de référence lors du premier enregistrement, les vibrations lumineuses totales parvenant au capteur lors des
2r oc trois enregistrement successifs sont: so = s + r, sI = S + re 3 , s2 = s + re 3 . Les intensités enregistrées successivement sont donc:
On peut inverser ces formules et on obtient: If s is the light vibration from the object andr is the light vibration constituting the reference wave during the first recording, the total light vibrations reaching the sensor during
2r oc three successive records are: so = s + r, sI = S + re 3, s2 = s + re 3. The intensities recorded successively are therefore:
We can invert these formulas and we obtain:
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La valeur ci-dessus est la vibration lumineuse provenant de l'objet seul, la référence de phase étant conventionnellement égale à zéro pour une vibration en phase avec l'onde de référence. Ce calcul permet donc de reconstituer la valeur complexe de l'onde à partir des enregistrements d'intensité. The above value is the light vibration coming from the object alone, the phase reference being conventionally equal to zero for a vibration in phase with the reference wave. This calculation therefore makes it possible to reconstruct the complex value of the wave from the intensity records.
Par construction, chaque point du capteur CCD correspond à une fréquence pure fc de l'onde provenant de l'échantillon. On appelle centre optique du capteur le point du capteur illuminé par un rayon entrant dans l'objectif avec une direction strictement parallèle à l'axe de symétrie de ce dernier et on note Cx,Cy ses coordonnées en pixels. L'objectif vérifiant la condition des sinus, la déviation en sortie d'objectif d'un rayon originaire d'un point central de l'objet est proportionnelle au sinus de son angle
d'entrée dans l'objectif, qui vaut sin (p = , .Îx2 + .%Y2 , ou (/, /u, 7z) sont les coordonnées du f/ + fy 2 + f/ vecteur fréquence spatiale du faisceau en entrée de l'objectif, de norme ou # est la longueur d'onde dans le milieu observé, et de direction la direction du faisceau. Le reste du système optique étant paraxial, la déviation du point d'arrivée du rayon sur le capteur par rapport au centre optique du capteur est également
proportionnelle à cette grandeur, et donc les coordonnées (i - Cx, j - cj de ce point par rapport au centre optique sont proportionnelles à (f," fy) . Dans le cas ou le capteur a des pixels carrés, le vecteur fréquence en entrée de l'objectif du rayon qui illumine le point du capteur de coordonnées (i,j) vaut donc:
ou K est une constante à déterminer. On appellera 'fréquence caractéristique' du point ce vecteur fréquence. By construction, each point of the CCD sensor corresponds to a pure frequency fc of the wave coming from the sample. The optical center of the sensor is the point of the sensor illuminated by a ray entering the objective with a direction strictly parallel to the axis of symmetry of the latter and Cx, Cy its coordinates in pixels. The objective verifying the condition of the sines, the deflection at the lens outlet of a ray originating from a central point of the object is proportional to the sine of its angle.
in the objective, which is equal to sin (p =, .Ix2 +.% Y2, or (/, / u, 7z) are the coordinates of f / + fy 2 + f / vector spatial frequency of the input beam of the objective, standard or # is the wavelength in the observed medium, and direction the direction of the beam.The remainder of the optical system being paraxial, the deflection of the point of arrival of the ray on the sensor compared at the optical center of the sensor is also
proportional to this magnitude, and therefore the coordinates (i - Cx, j - cj of this point with respect to the optical center are proportional to (f, "fy).) In the case where the sensor has square pixels, the frequency vector in entry of the objective of the ray which illuminates the point of the coordinate sensor (i, j) is therefore:
or K is a constant to be determined. This frequency vector will be called the 'characteristic frequency' of the point.
Connaissant la fréquence caractéristique de chaque point du capteur et la vibration lumineuse issue de l'objet et reçue en ce point, on obtient donc, pour un éclairage donné de l'échantillon, la représentation fréquentielle de l'onde issue de cet échantillon. Knowing the characteristic frequency of each point of the sensor and the light vibration coming from the object and received at this point, the frequency representation of the wave resulting from this sample is thus obtained for a given illumination of the sample.
Lorsqu'un échantillon suffisamment fin, peu absorbant et de faibles variations d'indice est traversé par un faisceau laser parallèle, chaque point de l'échantillon est soumis à une vibration lumineuse Ae j2#fe.r ou fe est le vecteur fréquence spatiale du faisceau d'éclairage etr le rayon-vecteur au point considéré de l'objet, l'origine étant prise au point d'origine virtuel de l'onde de référence. When a sufficiently fine, low-absorbing sample and small index variations are traversed by a parallel laser beam, each point of the sample is subjected to a light vibration Ae j2 # fe.r where fe is the spatial frequency vector of the sample. lighting beam andr the ray-vector at the point considered of the object, the origin being taken at the point of virtual origin of the reference wave.
L'absorbtivité et les variations d'indice de l'échantillon se traduisent par l'apparition d'une onde secondaire
qui se superpose à l'onde d'éclairage. Un petit volume dV crée une onde secondaire Aej2;ife.r u(r)dV ou u(r) est un coefficient complexe dont la partie réelle est liée à l'absorptivité locale de l'échantillon et la partie imaginaire à son indice. L'image tridimensionnelle de l'échantillon que ce microscope génère est l'ensemble des valeurs u(r) en chaque point de l'échantillon. The absorbance and the index variations of the sample result in the appearance of a secondary wave
which is superimposed on the lighting wave. A small volume dV creates a secondary wave Aej2; ife.ru (r) dV where u (r) is a complex coefficient whose real part is related to the local absorptivity of the sample and the imaginary part to its index. The three-dimensional image of the sample that this microscope generates is the set of values u (r) at each point of the sample.
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Lorsque un point de l'échantillon, de rayon-vecteur r , émet localement une vibration lumineuse s(r) , la vibration lumineuse reçue sur le capteur en un point de fréquence caractéristique fc vaut alors
s(r)e 2'r . Un petit volume dV de l'objet, de rayon-vecteur r, éclairé par une onde plane de fréquence fe , crée donc au point du capteur de fréquence caractéristique fc une vibration 4 -"M()F qui se superpose à la vibration principale. Intégrée sur l'ensemble de l'objet, la vibration reçue en un point du capteur vaut donc s(P) = f Ae2'fe-f Oru(r)dY . Cette vibration est donc un élément de la transformée de Fourier de la fonction u(r) , correspondant à la fréquence de Fourier ft = fe - fc Le principe de ce microscope est d'enregistrer cette vibration pour un ensemble de fréquences fe et fc, puis de reconstituer la représentation fréquentielle de u(r) et finalement u(r) en inversant la transformée de Fourier. When a point of the sample, of radius-vector r, locally emits a light vibration s (r), the light vibration received on the sensor at a characteristic frequency point fc is then
s (r) e 2'r. A small volume dV of the object, radius-vector r, illuminated by a plane wave of frequency fe, therefore creates at the point of the characteristic frequency sensor fc a vibration 4 - "M () F which is superimposed on the main vibration Embedded on the whole of the object, the vibration received at a point of the sensor is thus s (P) = f Ae2'fe-f Oru (r) dY This vibration is therefore an element of the Fourier transform of the function u (r), corresponding to the Fourier frequency ft = fe - fc The principle of this microscope is to record this vibration for a set of frequencies fe and fc, then to reconstruct the frequency representation of u (r) and finally u (r) by inverting the Fourier transform.
Les échantillons étudiés sont peu absorbants et ont de faibles variations de l'indice de réfraction. The samples studied are poorly absorbent and have small variations in the refractive index.
Par conséquence l'onde d'éclairage reste très intense et illumine un point du CCD, que l'on appellera point d'impact de l'onde d'éclairage, et qui est le point du CCD ou la vibration lumineuse reçue est la plus élevée. As a result, the illumination wave remains very intense and illuminates a point of the CCD, which will be called the point of impact of the illumination wave, and which is the point of the CCD where the light vibration received is the most important. high.
Si ce point a pour coordonnées (imax,jmax) alors la fréquence de l'onde d'éclairage est:
If this point has coordinates (imax, jmax) then the frequency of the light wave is:
La figure 7 montre l'ensemble (500) des fréquences caractéristiques correspondant aux points du capteur. Il s'agit d'une portion de sphère de rayon limitée par l'ouverture de l'objectif, centrée sur l'axe optique (501) du système. Un exemple de vecteur fréquence d'éclairage (502) est superposé à cet ensemble. Figure 7 shows the set (500) of the characteristic frequencies corresponding to the points of the sensor. It is a portion of a sphere of radius limited by the opening of the lens, centered on the optical axis (501) of the system. An example of a lighting frequency vector (502) is superimposed on this set.
Enfin, l'ensemble(503) des fréquences ft = fc- fe correspondantes en est déduit. Lorsque l'on fait varier les fréquences d'éclairage selon un cercle (504) comme indiqué sur la figure 8, l'ensemble des fréquences enregistrées est celui généré par la rotation de la portion de sphère (503) autour de l'axe (501) dans un plan horizontal, comme l'indique la vue en coupe de la Fig. 9. On obtient donc une représentation fréquentielle tridimensionnelle (et non plus bidimensionnelle comme dans le cas ou un seul enregistrement est utilisé). A partir de cette représentation tridimensionnelle dans l'espace des fréquences, on peut générer la fonction u(r) par transformation de Fourier inverse. Finally, the set (503) of the corresponding frequencies ft = fc- fe is deduced therefrom. When the lighting frequencies are varied according to a circle (504) as indicated in FIG. 8, all the recorded frequencies are those generated by the rotation of the sphere portion (503) about the axis ( 501) in a horizontal plane, as shown in the sectional view of FIG. 9. We thus obtain a three-dimensional (and no longer two-dimensional) frequency representation as in the case where only one record is used. From this three-dimensional representation in the frequency space, the function u (r) can be generated by inverse Fourier transformation.
Pour obtenir la représentation fréquentielle de u(r) à partir de l'ensemble des représentations fréquentielles bidimensionnelles on calculera en chaque point la valeur moyenne des représentations fréquentielles bidimensionnelles atteignant ce point. To obtain the frequency representation of u (r) from the set of two-dimensional frequency representations, the average value of the two-dimensional frequency representations reaching this point will be calculated at each point.
Le calcul de la représentation fréquentielle de u(r) puis finalement de u(r) peut par exemple être effectué en 6 étapes: étape 1 : pour chaque onde d'éclairage, on détermine la représentation fréquentielle bidimensionnelle de l'onde reçue, qui est une portion de sphère d'un espace tridimensionnel. The calculation of the frequency representation of u (r) and finally of u (r) can for example be carried out in 6 steps: step 1: for each lighting wave, the two-dimensional frequency representation of the received wave is determined, which is a portion of sphere of a three-dimensional space.
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A partir d'un point du capteur CCD de coordonnées (i,j) on obtient un point de la représentation de l'onde
issue de l'objet, ce point ayant la fréquence fc(i,j) = # p " C, y - C.,, , K2 -(i - Cx)2 - (; - C y) et ayant comme valeur complexe la valeur complexe obtenue au point considéré du capteur CCD par la
étape 2 : pour chaque onde d'éclairage, on détermine la fréquence fe de l'onde d'éclairage en déterminant les coordonnées (imax jmax) du point d'intensité maximale sur le capteur CCD et en appliquant la formule:
étape 3 : pour chaque onde d'éclairage, on translate la représentation obtenue à l'issue de l'étape 1, d'un
vecteur - feou fe est la fréquence de l'onde d'éclairage, obtenue à l'issue de l'étape 2. étape 4 : pour chaque onde d'éclairage, on divise la représentation fréquentielle bidimensionnelle obtenue à l'issue de l'étape 3 par sa valeur au point de coordonnées (0,0). Cette étape constitue l'opération de recalage en phase décrite en 3 6 3. et est indispensable pour que les représentations fréquentielles bidimensionnelles se superposent de manière cohérente. étape 5 : on superpose l'ensemble des représentations fréquentielles bidimensionnelles obtenues à l'issue de l'étape 4, obtenant la représentation fréquentielle de u(r) . La valeur affectée à un point non atteint est 0 et la valeur affectée à un point atteint est la moyenne des valeurs en ce point de chaque représentation fréquentielle bidimensionnelle atteignant ce point. étape 6 : effectue une transformation de Fourier tridimensionnelle inverse de la représentation fréquentielle, obtenant finalement la fonction u(r) en représentation spatiale. From a point of the CCD sensor with coordinates (i, j) we obtain a point of the representation of the wave
from the object, this point having the frequency fc (i, j) = # p "C, y-C. ,,, K2 - (i-Cx) 2 - (; - C y) and having as a complex value the complex value obtained at the point of interest of the CCD sensor by the
step 2: for each illumination wave, the frequency fe of the illumination wave is determined by determining the coordinates (imax jmax) of the point of maximum intensity on the CCD sensor and applying the formula:
step 3: for each lighting wave, translate the representation obtained at the end of step 1, a
vector - feou fe is the frequency of the light wave, obtained at the end of step 2. step 4: for each light wave, divide the two-dimensional frequency representation obtained at the end of the step 3 by its value at the coordinate point (0,0). This step constitutes the phase registration operation described in 3.sub.3 and is indispensable for the two-dimensional frequency representations to be coherently superimposed. step 5: we superimpose the set of two-dimensional frequency representations obtained at the end of step 4, obtaining the frequency representation of u (r). The value assigned to an unreachable point is 0 and the value assigned to a point reached is the average of the values at that point of each two-dimensional frequency representation reaching that point. step 6: performs a three-dimensional Fourier transformation inverse to the frequency representation, finally obtaining the function u (r) in spatial representation.
En pratique, les étapes seront effectuées dans un ordre différent et sous une forme modifiée, afin d'optimiser le temps de calcul et de limiter la place mémoire requise. La méthode effectivement utilisée comporte deux phases, équivalentes aux 6 étapes précédentes: phase d'acquisition: pour chaque onde d'éclairage, détermine l'image plane en fréquence obtenue sur le capteur CCD en appliquant en chaque point la formule
On détermine également les coordonnées (imax jmax) du point d'intensité maximale sur le capteur CCD et on divise l'ensemble de l'image plane en fréquence obtenue sur le capteur CCD par sa valeur au point de
coordonnées (imax jmax). phase de calcul tridimensionnel: A partir de chaque onde d'éclairage caractérisée par les valeurs (imax,jmax), et à partir de chaque point de coordonnées (i,j) du capteur, on obtient un point de la représentation fréquentielle tridimensionnelle de fréquence In practice, the steps will be performed in a different order and in a modified form, in order to optimize the calculation time and to limit the memory space required. The method actually used comprises two phases, equivalent to the previous 6 steps: acquisition phase: for each light wave, determines the plane frequency image obtained on the CCD sensor by applying in each point the formula
The coordinates (imax jmax) of the point of maximum intensity on the CCD sensor are also determined, and the entire plane frequency image obtained on the CCD sensor is divided by its value at the point of
coordinates (imax jmax). three-dimensional calculation phase: From each illumination wave characterized by the values (imax, jmax), and from each coordinate point (i, j) of the sensor, a point of the three-dimensional frequential frequency representation is obtained
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Lorsqu'un point n'est pas atteint on y affecte la valeur nulle. Lorsqu'il est atteint plusieurs fois on y affecte la moyenne des valeurs obtenues à chaque fois. Lorsque cette opération a été effectuée pour toutes les ondes d'éclairage et tous les points du capteur, la transformation de Fourier tridimensionnelle inverse peut être effectuée.
When a point is not reached, it is set to zero. When it is reached several times, the average of the values obtained is assigned to it. When this operation has been carried out for all the illumination waves and all the points of the sensor, the inverse three-dimensional Fourier transformation can be performed.
Cette méthode pose un problème pratique qui est que le point éclairé directement par le faisceau traversant l'échantillon est illuminé de manière beaucoup plus intense que les points correspondant à l'onde diffractée. La représentation tridimensionnelle générée lors d'une prise d'image contient essentiellement des fréquences proches de celle du faisceau d'éclairage, les autres fréquences étant noyées dans le bruit. Pour remédier à cet inconvénient, on utilise un dispositif d'atténuation contrôlée du faisceau. La partie de la représentation fréquentielle correspondant aux fréquences sur lesquelles l'intensité est élevée est obtenue avec une forte atténuation et celle correspondant aux autres fréquences est obtenue avec une faible atténuation. Les valeurs obtenues sous forte atténuation sont ensuite multipliées par un coefficient complexe caractéristique du décalage de phase et du rapport d'amplitude de l'onde d'éclairage entre les deux positions du dispositif d'atténuation contrôlée. Ce dispositif d'atténuation contrôlée est constitué du rotateur de polarisation (104) et du polariseur (105). This method poses a practical problem that the point illuminated directly by the beam passing through the sample is illuminated much more intensely than the points corresponding to the diffracted wave. The three-dimensional representation generated during an image capture essentially contains frequencies close to that of the illumination beam, the other frequencies being embedded in the noise. To remedy this drawback, a controlled attenuation device of the beam is used. The part of the frequency representation corresponding to the frequencies on which the intensity is high is obtained with a strong attenuation and that corresponding to the other frequencies is obtained with a weak attenuation. The values obtained under high attenuation are then multiplied by a complex coefficient characteristic of the phase shift and the amplitude ratio of the illumination wave between the two positions of the controlled attenuation device. This controlled attenuation device consists of the polarization rotator (104) and the polarizer (105).
La représentation tridimensionnelle obtenue à partir d'images de taille hpix x vpix correspond à des tailles de fichiers importantes. Afin de limiter la taille des fichiers et le temps de calcul, la taille des images sera divisée par deux par moyennage lors de la procédure d'acquisition de la représentation tridimensionnelle. Ceci équivaut à grouper les pixels 4 par 4, un groupe de 4 pixels sur l'image originale étant équivalent à un pixel effectifutilisé pour le calcul. La taille de l'objet observable est bien sûr réduite en conséquence. Les valeurs de Cx,Cy et K sont divisées par 2 pour tenir compte du nouveau système de coordonnées. Cette limitation de la taille d'image observée est bien entendu facultative. The three-dimensional representation obtained from images of size hpix x vpix corresponds to important file sizes. In order to limit the size of the files and the computation time, the size of the images will be divided by two by averaging during the procedure of acquisition of the three-dimensional representation. This is equivalent to grouping pixels 4 by 4, a group of 4 pixels on the original image being equivalent to an effective pixel used for the calculation. The size of the observable object is of course reduced accordingly. The values of Cx, Cy, and K are divided by 2 to account for the new coordinate system. This limitation of the observed image size is of course optional.
L'utilisation du microscope proprement dite comporte: - une phase de focalisation sur l'échantillon décrite au paragraphe 5.18. The use of the microscope proper comprises: a focus phase on the sample described in paragraph 5.18.
- un ajustement de position du condenseur, qui n'est pas toujours indispensable, et qui est décrit au paragraphe 5.19. - a positional adjustment of the condenser, which is not always essential, and which is described in paragraph 5.19.
- la phase d'acquisition des représentations fréquentielles bidimensionnelles normalisées décrite ci-dessus et détaillée au paragraphe 5.20. - the acquisition phase of the standard two-dimensional frequency representations described above and detailed in paragraph 5.20.
- la phase de calcul tridimensionnel décrite ci-dessus et détaillée au paragraphe 5.21. - the three-dimensional calculation phase described above and detailed in paragraph 5.21.
- une phase de visualisation décrite au paragraphe 5.22. - a visualization phase described in paragraph 5.22.
Avant de pouvoir utiliser ce microscope, divers réglages doivent être effectués: Before you can use this microscope, various settings must be made:
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- Les réglages des positionneurs manuels, décrits aux paragraphes 5.6, 5.7, 5. 8, 5. 9, permettent de régler correctement la trajectoire du faisceau, de s'assurer que l'image d'une onde plane sur la caméra soit effectivement ponctuelle, et que le condenseur forme bien à sa sortie un faisceau parallèle. - The settings of the manual positioners, described in sections 5.6, 5.7, 5.8, 5.9, allow the beam path to be adjusted correctly, to ensure that the image of a wave hovers over the camera is actually punctual. , and that the condenser forms well at its output a parallel beam.
- Le réglage décrit au paragraphe 5.10. permet l'obtention du nombre de pas par pixel, utile à la commande du miroir de déviation du faisceau (109). - The setting described in paragraph 5.10. allows obtaining the number of steps per pixel, useful for controlling the deflection mirror beam (109).
- Le niveau de l'onde de référence est ajusté comme indiqué au paragraphe 5.11. - The level of the reference wave is adjusted as described in paragraph 5.11.
- Le réglage décrit au paragraphe 5. 12. permet l'obtention de tensions de commande appropriées de l'actuateur piézoélectrique. - The adjustment described in paragraph 5. 12. allows to obtain appropriate control voltages from the piezoelectric actuator.
- Le réglage décrit au paragraphe 5.13. permet le réglage de l'atténuateur de faisceau et l'obtention des constantes d'atténuation et de déphasage le caractérisant. - The setting described in paragraph 5.13. allows the adjustment of the beam attenuator and obtaining attenuation and phase shift constants characterizing it.
- Le réglage décrit au paragraphe 5. 14. permet l'obtention de la constante K. - The setting described in paragraph 5. 14. provides the constant K.
- L'ouverture des diaphragmes et la position du miroir semi-transparent (116) doivent être réglés de manière à obtenir une image centrée sans repliement de spectre. Ce réglage est décrit en partie au paragraphe 5.14 et est complété au paragraphe 5.15. - The opening of the diaphragms and the position of the semi-transparent mirror (116) must be adjusted so as to obtain a centered image without folding of spectrum. This setting is described in part in paragraph 5.14 and is completed in paragraph 5.15.
- Le réglage décrit au paragraphe 5. 16. permet un ajustement précis de la position du condenseur. - The setting described in paragraph 5. 16. allows a precise adjustment of the position of the condenser.
- L'onde de référence doit être enregistrée, ce qui est décrit au paragraphe 5.17. - The reference wave must be recorded as described in paragraph 5.17.
5.4.Manipulation des filtres
Les opérations de réglage nécessitent des manipulations permanentes des filtres pour ajuster l'intensité reçue sur le capteur. Ces manipulations ne sont pas systématiquement rappelées dans la suite du texte. 5.4.Manipulation of filters
The adjustment operations require permanent manipulation of the filters to adjust the intensity received on the sensor. These manipulations are not systematically recalled in the rest of the text.
Le filtre en (120) détermine l'intensité de l'onde de référence. Sa valeur est déterminée dans une étape particulière du réglage. Par la suite, lorsqu'une onde de référence est nécessaire, le filtre ainsi déterminé est inséré. Lorsque l'onde de référence doit être supprimée, on insère un élément opaque en (120). The filter at (120) determines the intensity of the reference wave. Its value is determined in a particular step of the setting. Subsequently, when a reference wave is needed, the filter thus determined is inserted. When the reference wave is to be removed, an opaque element is inserted at (120).
Le filtre en (103) détermine l'intensité de l'onde d'éclairage. Sa valeur dépend des opérations de réglage en cours. Pour la plupart des opérations, le filtre est ajusté de manière à ce que l'intensité reçue sur le capteur (118) soit élevée, sans atteindre la saturation. Pour certaines opérations le capteur est saturé. Pour d'autres l'onde d'éclairage doit être supprimée, ce qui se fait par insertion d'un élément opaque. The filter at (103) determines the intensity of the illumination wave. Its value depends on the current adjustment operations. For most operations, the filter is adjusted so that the intensity received on the sensor (118) is high, without reaching saturation. For some operations the sensor is saturated. For others the lighting wave must be removed, which is done by inserting an opaque element.
Le filtre en (101) est utilisé uniquement pour les opérations de réglage nécessitant un suivi visuel du faisceau, repéré par sa tache de diffusion sur un morceau de papier blanc. Le filtre est alors réglé pour que la tache de diffusion soit visible sans être dangereuse pour l'oeil. The filter (101) is used only for adjustment operations requiring a visual tracking of the beam, spotted by its scattering spot on a piece of white paper. The filter is then set so that the diffusion spot is visible without being dangerous to the eye.
Dans les cas ou seule l'onde d'éclairage est présente, on appellera intensité relative de l'image reçue sur le capteur CCD le rapport de l'intensité reçue sur le capteur à l'intensité en sortie du filtre (103). In cases where only the illumination wave is present, the relative intensity of the image received on the CCD sensor will be referred to as the ratio of the intensity received on the sensor to the intensity at the output of the filter (103).
Dans une opération ou on cherche à maximiser l'intensité relative reçue sur le capteur, on est amené à changer de filtre régulièrement pour maintenir l'intensité à un niveau mesurable par le capteur. In an operation where the aim is to maximize the relative intensity received on the sensor, it is necessary to change the filter regularly to maintain the intensity at a level measurable by the sensor.
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5,5.Programmes d'usage courant
Certains programmes simples sont utilisés fréquemment pendant le réglage, sans que cela soit rappelé : - déplacement du miroir (109) : ce miroir étant motorisé, un programme est nécessaire pour en modifier la position. Ce programme demande à l'utilisateur un nombre de pas et un numéro d'axe correspondant soit au moteur (213) soit au moteur (208), puis fait effectuer le nombre de pas demandé à ce moteur. 5.5.Programs in common use
Some simple programs are frequently used during adjustment, without this being recalled: - mirror movement (109): this mirror being motorized, a program is necessary to change the position. This program requests the user a number of steps and an axis number corresponding to either the motor (213) or the motor (208), then has the requested number of steps to this motor.
-Visualisation de l'image reçue sur le capteur : programme permet l'affichage direct sur l'écran de l'ordinateur de l'image reçue sur le capteur (118). -Visualization of the image received on the sensor: program allows the direct display on the screen of the computer of the image received on the sensor (118).
-Visualisation de l'image et caractéristiques du maximum : programme effectue l'affichage direct sur l'écran de l'ordinateur de l'image reçue sur le capteur (118). Il affiche en plus la valeur maximale détectée par le capteur, les coordonnées du point correspondant, et le rapport entre l'intensité de ce point et la somme des intensités de ses 8 voisins. Ce programme est utilisé pour vérifier l'apparence d'une image, pour vérifier la non-saturation du capteur (valeur maximale inférieure à 255), pour connaître les coordonnées et la valeur du maximum, pour apprécier le caractère ponctuel de ce maximum par observation directe de l'image et par utilisation des valeurs affichées: l'intensité (relative) du maximum doit être aussi élevée que possible, ainsi que le rapport de son intensité à celle de ses voisins. Image view and characteristics of the maximum: program performs the direct display on the screen of the computer of the image received on the sensor (118). It also displays the maximum value detected by the sensor, the coordinates of the corresponding point, and the ratio between the intensity of this point and the sum of the intensities of its 8 neighbors. This program is used to check the appearance of an image, to check the unsaturation of the sensor (maximum value less than 255), to know the coordinates and the value of the maximum, to appreciate the punctual nature of this maximum by observation direct of the image and by use of the displayed values: the intensity (relative) of the maximum must be as high as possible, as well as the ratio of its intensity to that of its neighbors.
5. 6. réglage de la position du laser (100) et du miroir (121)
Dans un premier temps l'onde d'éclairage est supprimée et la position du laser (100) est réglée de façon à viser effectivement le centre du miroir (121), ce qui se vérifie en suivant le trajet du faisceau à l'aide d'un morceau de papier permettant de le visualiser. La position du miroir (121) est ensuite ajustée de manière à ce que le faisceau de référence traverse effectivement la lentille (123) et parvienne à la caméra. 5. 6. setting the position of the laser (100) and the mirror (121)
In a first step, the illumination wave is suppressed and the position of the laser (100) is adjusted so as to effectively aim at the center of the mirror (121), which is verified by following the path of the beam with the aid of a piece of paper to visualize it. The position of the mirror (121) is then adjusted so that the reference beam effectively passes through the lens (123) and reaches the camera.
Le faisceau de référence doit être centré sur le capteur (118). The reference beam should be centered on the sensor (118).
5. 7. réglage en translation de la position de la caméra et réglage du miroir (102)
La position de la caméra est réglée en translation en envoyant directement un faisceau parallèle sur l'objectif de microscope. A cet effet, les éléments (106)(108)(111)(105)(104) sont provisoirement enlevés, l'onde de référence est supprimée, l'objectif de microscope est positionné en position à peu près focalisée sur l'objet. L'objet (112) utilisé est une lame transparente et de l'huile optique est interposée entre (112) et (113). La position angulaire de (102) est alors ajustée pour que le faisceau parvienne directement au centre du miroir (109). La position du miroir (109) est réglée de sorte que le faisceau parallèle entre directement dans l'objectif (113) et est affinée de manière à maximiser l'intensité relative du signal reçu sur le capteur CCD. La position du capteur CCD est alors réglée en translation dans la direction de l'axe optique de manière à ce que l'image produite soit parfaitement ponctuelle, puis est réglée en translation dans les directions orthogonales à l'axe optique de sorte que ce point soit au centre de la zone utile du capteur. Ce point central est le centre optique et ses coordonnées en pixels sont les constantes Cx,Cy. 5. 7. translational adjustment of the camera position and adjustment of the mirror (102)
The position of the camera is set in translation by sending a parallel beam directly to the microscope objective. For this purpose, the elements (106) (108) (111) (105) (104) are temporarily removed, the reference wave is suppressed, the microscope objective is positioned in approximately focused position on the object . The object (112) used is a transparent plate and optical oil is interposed between (112) and (113). The angular position of (102) is then adjusted so that the beam reaches the center of the mirror (109) directly. The position of the mirror (109) is adjusted so that the parallel beam enters directly into the lens (113) and is refined so as to maximize the relative intensity of the signal received on the CCD. The position of the CCD sensor is then set in translation in the direction of the optical axis so that the image produced is perfectly punctual, then is set in translation in the directions orthogonal to the optical axis so that this point either in the center of the useful area of the sensor. This central point is the optical center and its coordinates in pixels are the constants Cx, Cy.
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5. 8. réslage de la position du condenseur (111)
Les éléments (106)(108)(111) sont remis en place. De l'huile pour microscope est interposée entre (111) et (112) et entre (112) et (113). Un morceau de carton blanc est posé sur le miroir (109) pour diffuser la lumière. Le diaphragme (107) est ouvert au maximum et l'ouverture du diaphragme (114) est d'environ 8 mm. L'objectif de microscope est mis en position à peu près focalisée. La position du condenseur (111) est alors réglée de manière à obtenir sur le CCD un disque clair de rayon élevé, le disque devant rester relativement homogène (les bords et le centre sont toutefois un peu plus éclairés). 5. 8. resetting the position of the condenser (111)
The elements (106) (108) (111) are replaced. Microscope oil is interposed between (111) and (112) and between (112) and (113). A piece of white cardboard is placed on the mirror (109) to diffuse the light. The diaphragm (107) is open to the maximum and the opening of the diaphragm (114) is about 8 mm. The microscope objective is set in approximately focused position. The position of the condenser (111) is then set so as to obtain on the CCD a clear disc of high radius, the disc to remain relatively homogeneous (the edges and the center are however a little more enlightened).
5. 9. réglage de la position de la lentille (106)
Le morceau de carton blanc posé sur le miroir (109) est supprimé. La position du miroir est modifiée de manière à amener le point éclairé sur le bord du disque précédemment obtenu. La position de la lentille (106) est alors ajustée selon son axe de manière à avoir sur le capteur CCD l'image la plus ponctuelle possible. 5. 9. adjusting the position of the lens (106)
The piece of white cardboard placed on the mirror (109) is removed. The position of the mirror is changed to bring the illuminated point to the edge of the disc previously obtained. The position of the lens (106) is then adjusted along its axis so as to have on the CCD sensor the most punctual image possible.
5.10.Détermination du nombre de pas par pixel. 5.10.Determination of the number of steps per pixel.
Le morceau de papier occultant le miroir est alors enlevé. Le moteur est déplacé suivant un axe d'un nombre de pas connu. La position en pixels du point d'intensité maximale est notée avant et après le déplacement, et le nombre de pixels parcourus en est déduit. On calcule alors le rapport nombre de pas pas~ par~ pixel = nombre de pas On effectue de même sur l'autre axe et on retient le plus petit rapport nombre de pixels obtenu. The piece of paper obscuring the mirror is then removed. The motor is moved along an axis of a known number of steps. The position in pixels of the point of maximum intensity is noted before and after the displacement, and the number of pixels traveled is deduced therefrom. We then calculate the ratio number of steps not ~ by ~ pixel = number of steps It is similarly done on the other axis and we retain the smallest number of pixels obtained.
5. 11. réglage du niveau de l'onde de référence
Si on considère une onde de référence et une onde d'éclairage ayant même intensité maximale à leur arrivée sur le capteur, s'additionnant en amplitude lorsqu'elles sont en phase, la condition de non- saturation du capteur est que l'amplitude commune des deux ondes soit la moitié de l'amplitude saturant le capteur, ou de manière équivalente que l'intensité commune des deux ondes soit le quart de l'intensité saturant le capteur. Pour régler le niveau de l'onde de référence à cette valeur, l'onde d 'éclairage est supprimée et la valeur du filtre (120) est ajustée pour obtenir une image dont le niveau maximal est d'environ le quart du niveau maximal autorisé par la carte d'acquisition, soit dans le cas d'un échantillonnage sur 8 bits du signal vidéo, un niveau d'environ 64. Avant la prise d'images, le niveau maximal de l'onde d'éclairage devra être réglé de la même façon. 5. 11. setting the reference wave level
If we consider a reference wave and a light wave having the same maximum intensity at their arrival on the sensor, adding in amplitude when they are in phase, the condition of non-saturation of the sensor is that the common amplitude two waves is half the amplitude saturating the sensor, or equivalently that the common intensity of the two waves is one quarter of the intensity saturating the sensor. To adjust the level of the reference wave to this value, the illumination wave is suppressed and the value of the filter (120) is adjusted to obtain an image whose maximum level is about one quarter of the maximum allowed level. the acquisition card, or in the case of 8-bit sampling of the video signal, a level of about 64. Before taking pictures, the maximum level of the lighting the same way.
5.12. réglage des tensions de commande de l'actuateur piézoélectrique,
Cette calibration de l'actuateur piézoélectrique peut se faire à l'extérieur du système par une méthode interférométrique connue. Trois positions de l'actuateur sont utilisées. Le déplacement du miroir entre chaque position doit être de #/3#2. Les tensions de commande correspondant à chaque position 3#2 doivent être déterminées, l'actuateur ayant un cycle régulier pour éviter les effets d'hystérésis. 5.12. adjustment of the control voltages of the piezoelectric actuator,
This calibration of the piezoelectric actuator can be done outside the system by a known interferometric method. Three positions of the actuator are used. The mirror movement between each position must be # / 3 # 2. The control voltages corresponding to each 3 # 2 position must be determined, the actuator having a regular cycle to avoid hysteresis effects.
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Cependant, il est également possible d'effectuer ce réglage pendant que l'actuateur est en place. However, it is also possible to perform this adjustment while the actuator is in place.
Ceci permet de compenser l'imprécision sur l'orientation du miroir et d'avoir une procédure simple de calibrage n'utilisant pas de matériel spécifique. This makes it possible to compensate for the imprecision on the orientation of the mirror and to have a simple calibration procedure that does not use specific hardware.
Ceci est fait en utilisant un programme qui fait varier les tensions de commande et qui est décrit par l'algorithme de la figure 10. Avant de lancer le programme, la position du miroir (109) doit être réglée de manière à ce que le point produit sur le capteur CCD en utilisant pour objet une lame complètement transparente soit au centre du capteur. Pour utiliser ce programme, l'objet utilisé doit être fortement diffusant. On pourra par exemple utilisé un morceau de papier blanc trempé dans de la gélatine puis placé entre lame et lamelle. Le papier doit être suffisamment épais pour arrêter le faisceau direct et suffisamment fin pour laisser passer un faisceau diffusé. Le diaphragme (107) est ouvert au maximum et le diaphragme (114) est réglé pour une ouverture d'environ 0,8 mm. L'onde de référence interfère alors sur le capteur CCD avec le disque clair produit par l'onde issue de l'objet. L'intensité de l'onde d'éclairage doit être réglée pour que le capteur soit en limite de saturation. This is done using a program which varies the control voltages and which is described by the algorithm of FIG. 10. Before starting the program, the position of the mirror (109) must be adjusted so that the point produced on the CCD sensor using a completely transparent blade as the object at the center of the sensor. To use this program, the object used must be highly diffusive. For example, a piece of white paper dipped in gelatin can be used and placed between the blade and the coverslip. The paper should be thick enough to stop the direct beam and fine enough to allow a scattered beam to pass through. The diaphragm (107) is open to the maximum and the diaphragm (114) is set for an aperture of about 0.8 mm. The reference wave then interferes on the CCD sensor with the clear disk produced by the wave coming from the object. The intensity of the illumination wave must be adjusted so that the sensor is at saturation limit.
Si la tension maximale appliquée à l'actuateur est Umax, les tensions correspondant aux décalages 2# 2#
de phase de - 3 0, 3 seront respectivement Umaxl2-diff bas, Umaxl2, Umaxl2+ diff haut, ou diff haut et diff~bas sont choisis pour produire les décalages de phase indiqués. Afin d'éviter tout effet d'hystérésis, à chaque acquisition la tension est initialisée à 0, les différentes images sont acquises dans l'ordre croissant des tensions appliquées à l'actuateur et une tension finale Umax est finalement appliquée, de sorte que le même cycle est toujours utilisé. Ce cycle devra également être utilisé en phase normale de fonctionnement. If the maximum voltage applied to the actuator is Umax, the voltages corresponding to the shifts 2 # 2 #
of the phase of - 3 0, 3 will be respectively Umaxl2-diff low, Umaxl2, Umaxl2 + diff high, or diff high and diff ~ low are chosen to produce the indicated phase shifts. In order to avoid any hysteresis effect, at each acquisition the voltage is initialized to 0, the different images are acquired in the ascending order of the voltages applied to the actuator and a final voltage Umax is finally applied, so that the same cycle is always used. This cycle should also be used in the normal operating phase.
Les images prises avec les décalages de phase indiqués plus haut permettent de calculer une représentation fréquentielle en appliquant à chaque pixel P la formule
dans laquelle l'onde de référence a été remplacée par une constante et l'expression I(P,[alpha]) désigne l'intensité enregistrée au point P pour un décalage de phase a. The images taken with the phase shifts indicated above make it possible to calculate a frequency representation by applying to each pixel P the formula
wherein the reference wave has been replaced by a constant and the expression I (P, [alpha]) denotes the intensity recorded at the point P for a phase shift a.
Le réglage des tensions de commande de l'actuateur consiste à évaluer diff haut et diff bas. Le principe est d'obtenir deux représentations fréquentielles décalées entre elles de #/3. La deuxième image peut être recalée en phase en la multipliant par e 3 et l'écart moyen entre la première image et cette image recalée peut être calculé. Cet écart est minimal lorsque les tensions diff haut et diff bas sont correctement réglées. Les décalages de phase permettant l'acquisition de la 2eme image élémentaire en
fréquence sont donc + #, #, ,21r+ z et correspondent respectivement, en première approximation, aux tensions Umaxl2-diff bas+diff basl2, Umaxl2+(diff bas+diff haut)l2, Umaxl2+ diff haut +diff hautl2. Le programme de réglage calcule l'écart moyen pour des séries de valeurs de diff-haut et The control voltages of the actuator are set to evaluate diff high and diff low. The principle is to obtain two frequency representations shifted together by # / 3. The second image can be recaled in phase by multiplying it by e 3 and the mean difference between the first image and this recaled image can be calculated. This difference is minimal when the diff high and low diff voltages are correctly set. Phase offsets allowing the acquisition of the 2nd elementary image in
frequency are therefore + #, #,, 21r + z and correspond respectively, as a first approximation, to the voltages Umaxl2-diff low + diff basl2, Umaxl2 + (diff low + diff high) l2, Umaxl2 + diff high + diff highl2. The tuning program calculates the average deviation for series of diff-high values and
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diff bas et choisit celles qui correspondent à un écart moyen minimal. Son algorithme est détaillé sur la figure 10. diff low and choose those that correspond to a minimum average difference. Its algorithm is detailed in Figure 10.
Les étapes essentielles de cet algorithme sont: (600) : acquisition des images. La procédure d'acquisition est précisée sur la Fig.ll. Par 'les images' on entend içi 6 figures d'interférences reçues consécutivement par le capteur CCD. Cette procédure effectue toujours le même cycle commençant par la tension 0 et finissant par la tension Umax. Le temps d'attente après l'application d'une tension nulle au piézoélectrique permet à celui-ci de se stabiliser. Le temps d'attente avant le lancement de l'acquisition évite d'acquérir une trame qui aurait été exposée avant l'application des conditions d'exposition voulues. La fin de l'exposition d'une image est signalée sur les cartes d'acquisition par le début du transfert de l'image correspondante. L'utilisation d'un temps d'exposition inférieur au temps de transfert de l'image permet à l'image de ne pas être affectée par les états transitoires. La mise du processus en priorité maximale évite la perturbation de l'acquisition par d'autres tâches système sous un système d'exploitation multitâches. Les 6 images sont acquises successivement et en temps réel (pas d'image perdue) par la carte d'acquisition afin de minimiser le temps pendant lequel des vibrations peuvent affecter le résultat. Chaque image a pour dimension horizontale hpix et pour dimension verticale vpix. Pendant l'acquisition, les images sont transférées automatiquement par la carte d'acquisition dans le tableau qui leur est réservé en mémoire centrale de l'ordinateur. A l'issue de la procédure
d'acquisition, on dispose d'un tableau 1[a, b, ij], l'indice a correspondant à la différence de phase, l'indice b correspondant à l'image (décalée ou non décalée en phase), les indices / et/ étant les coordonnées en pixels et variant respectivement de 0 à hpix-l et de 0 à vpix-1, (601) calcul des deux représentations fréquentielles. Celles-ci sont stockées dans des tableaux de
complexes SO[i,j] et SI [i j], en appliquant les formules:
(602) Le programme modifie le tableau SI en multipliant chacun de ses éléments par e
(603): le programme calcule la valeur maximale mod max = max ISo[l, ill du module sur - 05,i5,hpix-l <-hpix-1 05,j5,vpix-l S0. The essential steps of this algorithm are: (600): image acquisition. The acquisition procedure is specified in Fig.ll. By 'images' is meant 6 interference patterns received consecutively by the CCD sensor. This procedure always performs the same cycle starting with the voltage 0 and ending with the voltage Umax. The waiting time after the application of a zero voltage to the piezoelectric allows it to stabilize. The waiting time before the start of the acquisition avoids acquiring a frame that would have been exposed before the application of the desired exposure conditions. The end of the exposure of an image is indicated on the acquisition cards by the beginning of the transfer of the corresponding image. Using an exposure time less than the image transfer time allows the image to not be affected by the transient states. Setting the process to the highest priority avoids disruption of the acquisition by other system tasks under a multitasking operating system. The 6 images are acquired successively and in real time (no image lost) by the acquisition card to minimize the time during which vibrations can affect the result. Each image has horizontal dimension hpix and vertical dimension vpix. During the acquisition, the images are transferred automatically by the acquisition card into the table reserved for them in the main memory of the computer. At the end of the procedure
acquisition, we have a table 1 [a, b, ij], the index a corresponding to the phase difference, the index b corresponding to the image (shifted or not shifted in phase), the indices and / and / being the coordinates in pixels and varying respectively from 0 to hpix-1 and from 0 to vpix-1, (601) computation of the two frequency representations. These are stored in tables of
complexes SO [i, j] and SI [ij], applying the formulas:
(602) The program modifies the SI array by multiplying each of its elements by e
(603): the program calculates the maximum value mod max = max ISo [l, ill of the module on - 05, i5, hpix-l <-hpix-1 05, j5, vpix-1 S0.
(604) : Le programme calcule l'écart moyen entre les deux tableaux de la manière suivante:
Le programme initialise ecart et nombre valeurs à 0 et parcourt l'ensemble des points i,j en
testant la condition (605): ISO[i,j]1 0,5 mod max . Chaque fois que cette condition est réalisé, il effectue les opérations suivantes (606): ecart+ = ISO[i,j]- S*,j]1 nombre valeurs+=I (604): The program calculates the average difference between the two tables as follows:
The program initializes range and number values to 0 and traverses all the points i, j in
testing the condition (605): ISO [i, j] 1 0.5 mod max. Whenever this condition is realized, it performs the following operations (606): deviation + = ISO [i, j] - S *, j] 1 number values + = I
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Lorsque le programme a terminé de parcourir les indices (i,j) il divise ecart par nombre valeurs (607), ce qui lui donne l'écart moyen. Cet écart n'intègre donc que des valeurs pour lesquelles l'onde d'éclairage est suffisamment forte, afin d'éviter un résultat trop bruité. Il est stocké dans un tableau.
When the program has finished browsing the indices (i, j) it divides the difference by number values (607), which gives it the average difference. This difference therefore only includes values for which the light wave is sufficiently strong, in order to avoid a too noisy result. It is stored in a table.
(608): le programme passe à la valeur suivante du couple (diff haut,diff bas) et réitère les opérations jusqu'à ce que la série d'écarts ait été calculée. (608): the program goes to the next value of the pair (high diff, low diff) and repeats the operations until the series of deviations has been calculated.
(609): le programme applique un filtre passe-bas au tableau obtenu pour limiter le bruit dû aux vibrations du système. Le filtre passe-bas utilisé est représenté dans le domaine fréquentiel par une 'marche d'escalier' passant d'une valeur de 1 en basse fréquences à une valeur de 0 en hautes fréquences, et sa bande passante est déterminée empiriquement pour avoir une bonne limitation du bruit sans trop déformer la courbe. (609): the program applies a low-pass filter to the table obtained to limit the noise due to the vibrations of the system. The low-pass filter used is represented in the frequency domain by a 'step' moving from a value of 1 in low frequencies to a value of 0 in high frequencies, and its bandwidth is determined empirically to have good noise limitation without too much deformation of the curve.
(610) : le tableau est représenté graphiquement pour en vérifier l'allure.
(610): the table is represented graphically to check the pace.
(611): la valeur du couple (diff bas,diff haut) correspondant au minima est affichée. (611): the torque value (low diff, high diff) corresponding to the minimum is displayed.
Les séries de valeurs du couple(diff bas,diff haut) sont déterminées comme suit: Dans un premier temps le programme fait varier les valeurs de diff haut et diff bas en les laissant égales entre elles. Par exemple elles peuvent varier entre 0 et Umax/4 par pas de 4096 si on utilise 12 bits
4096 de conversion. Il en résulte un tableau de 1024 éléments (les écarts calculés pour chaque valeur de
(diff haut, dtff bas) ) que le programme filtre pour éliminer le bruit (609) et qu'il représente graphiquement (610). La valeur d'indice du tableau correspondant à l'écart minimal correspond alors à la valeur correcte du couple (diff bas,diff haut) et ce couple est affiché (611). The series of values of the pair (low diff, high diff) are determined as follows: In a first step the program varies the values of diff high and diff low by leaving them equal to each other. For example they can vary between 0 and Umax / 4 in steps of 4096 if we use 12 bits
4096 conversion. The result is a table of 1024 items (the calculated differences for each value of
(diff high, dtff low)) that the program filters to eliminate the noise (609) and that it represents graphically (610). The index value of the table corresponding to the minimum deviation then corresponds to the correct value of the torque (diff low, diff high) and this torque is displayed (611).
Dans un deuxième temps, le programme est relancé en fixant diff~bas à la valeur précédemment obtenue et en faisant varier uniquement diff haut. Un nouveau minima est ainsi obtenu, qui correspond à une valeur plus précise de diff haut. In a second step, the program is restarted by fixing diff ~ low to the value previously obtained and by varying only diff high. A new minima is thus obtained, which corresponds to a more precise value of diff high.
Dans un troisième temps, le programme est relancé en fixant diff haut à la valeur précédemment obtenue et en faisant varier uniquement diff bas, obtenant une valeur plus précise de diff bas. In a third step, the program is restarted by setting diff high to the value previously obtained and varying only low diff, obtaining a more accurate value of low diff.
L'opérateur peut réitérer ces étapes en faisant varier séparément et alternativement diff bas et diff haut, mais le maximum de précision sur ces valeurs est obtenu assez rapidement. The operator can reiterate these steps by varying separately and alternatively diff low and diff high, but the maximum accuracy on these values is obtained rather quickly.
5. 13. réglage du polariseur (105) et du rotateur de polarisation (104)
L'étape suivante consiste à régler la position du rotateur de polarisation (104) et du polariseur (105). Ce dispositif est destiné à réaliser une atténuation contrôlée du faisceau d'éclairage par commande du rotateur de phase, et on appellera l'ensemble 'commutateur optique'. Il a une position fermée correspondant à une intensité faible le traversant et une position ouverte correspondant à une intensité plus élevée. 5. 13. adjustment of polarizer (105) and polarization rotator (104)
The next step is to adjust the position of the polarization rotator (104) and the polarizer (105). This device is intended to achieve a controlled attenuation of the lighting beam by control of the phase rotator, and will be called the set 'optical switch'. It has a closed position corresponding to a low intensity crossing it and an open position corresponding to a higher intensity.
L'objet utilisé est le même que dans l'étape précédente, le réglage du miroir (109) et des diaphragmes est également le même. L'onde de référence est d'abord supprimée. Dans un premier temps, le polariseur est mis en place et réglé pour maximiser l'intensité le traversant et reçue sur le capteur (118). The object used is the same as in the previous step, the adjustment of the mirror (109) and the diaphragms is also the same. The reference wave is first removed. At first, the polarizer is set up and adjusted to maximize the intensity therethrough and received on the sensor (118).
Dans un deuxième temps, le rotateur de polarisation est mis en place. Une tension correspondant à un état In a second step, the polarization rotator is set up. A voltage corresponding to a state
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arbitrairement défini comme fermé lui est appliquée et il est positionné en rotation pour minimiser l'intensité traversant l'ensemble du commutateur. Dans un troisième temps, l'onde de référence est rétablie et on utilise un programme calculant le rapport des intensités et la différence de phase entre les deux positions du rotateur de polarisation, rapport qui sera nécessaire pendant les phases d'acquisition d'image pour combiner les ondes correspondant aux états ouvert et fermé du commutateur. L'algorithme de ce programme est sur la figure 12. Les étapes sont les suivantes:
(800) : Le programme acquiert d'abord les images en utilisant la procédure acquiert-images décrite Fig.13. Par 'les images' on entend içi 6 figures d'interférences reçues consécutivement par le capteur CCD. Cette procédure effectue toujours le même cycle commençant par la tension 0 et finissant par la tension Umax. Le temps d'attente après l'application d'une tension nulle au piézoélectrique permet à celuici de se stabiliser. Le temps d'attente avant le lancement de l'acquisition évite d'acquérir une trame qui aurait été exposée avant l'application des conditions d'exposition voulues. La fin de l'exposition d'une image est signalée sur les cartes d'acquisition par le début du transfert de l'image correspondante. arbitrarily defined as closed is applied thereto and is rotated to minimize the intensity across the switch assembly. In a third step, the reference wave is restored and a program is used that calculates the ratio of the intensities and the phase difference between the two positions of the polarization rotator, which ratio will be necessary during the image acquisition phases for combine the waves corresponding to the open and closed states of the switch. The algorithm of this program is in Figure 12. The steps are as follows:
(800): The program first acquires the images using the acquires-images procedure described in Fig.13. By 'images' is meant 6 interference patterns received consecutively by the CCD sensor. This procedure always performs the same cycle starting with the voltage 0 and ending with the voltage Umax. The waiting time after the application of a zero voltage to the piezoelectric allows it to stabilize. The waiting time before the start of the acquisition avoids acquiring a frame that would have been exposed before the application of the desired exposure conditions. The end of the exposure of an image is indicated on the acquisition cards by the beginning of the transfer of the corresponding image.
L'utilisation d'un temps d'exposition inférieur au temps de transfert de l'image permet à l'image de ne pas être affectée par les états transitoires. La mise du processus en priorité maximale évite la perturbation de l'acquisition par d'autres tâches système sous un système d'exploitation multitâches. Les 6 images sont acquises successivement et en temps réel (pas d'image perdue) par la carte d'acquisition afin de minimiser le temps pendant lequel des vibrations peuvent affecter le résultat. Chaque image a pour dimension horizontale hpix et pour dimension verticale vpix. Pendant l'acquisition, les images sont transférées automatiquement par la carte d'acquisition dans le tableau qui leur est réservé en mémoire centrale de l'ordinateur. Using an exposure time less than the image transfer time allows the image to not be affected by the transient states. Setting the process to the highest priority avoids disruption of the acquisition by other system tasks under a multitasking operating system. The 6 images are acquired successively and in real time (no image lost) by the acquisition card to minimize the time during which vibrations can affect the result. Each image has horizontal dimension hpix and vertical dimension vpix. During the acquisition, the images are transferred automatically by the acquisition card into the table reserved for them in the main memory of the computer.
(801); le programme calcule les deux représentations fréquentielles SO et SI qui diffèrent par l'état du commutateur. SO correspond au commutateur ouvert et SI au commutateur fermé.
(801); the program calculates the two frequency representations SO and SI which differ by the state of the switch. SO is the open switch and SI is the closed switch.
(802):Le programme calcule la valeur maximale mod max max ISO[I, j]1 atteinte par le 0<irpix-1 ' 0< j <-vpix-1 module des éléments du tableau SO. (802): The program calculates the maximum mod max max ISO [I, j] 1 reached by the 0 <irpix-1 '0 <j <-vpix-1 module of the elements of the array SO.
(803) : le programme calcule le rapport moyen entre les deux représentations fréquentielles. Il initialise rapport et nombre valeurs à 0 puis parcourt l'ensemble des indices (i,j) en testant la condition
(804): ,S'0[y, y]j 0,5 mod~max Lorsque la condition est vérifiée, il effectue (805): rapport+ =S0[i,j] rapport+ = [..] nombre valeurs+=1 (803): the program calculates the average ratio between the two frequency representations. It initializes ratio and number values to 0 then traverses the set of indices (i, j) by testing the condition
(804):, S'0 [y, y] j 0.5 mod ~ max When the condition is satisfied, it performs (805): ratio + = S0 [i, j] ratio + = [..] number values + = 1
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Lorsque l'ensemble des indices i,j a été parcouru, le programme divise rapport par nombre valeurs (806) ce qui donne le rapport recherché.
(807) le programme calcul la moyenne rapport moy des valeurs de rapport obtenues depuis son lancement. When the set of indices i, j has been traveled, the program divides ratio by number values (806) which gives the desired ratio.
(807) The program calculates the average ratio of the ratio values obtained since its launch.
(808): le programme affiche les parties réelles et imaginaires ainsi que le module de rapport et
rapport moy. (808): the program displays the real and imaginary parts as well as the report module and
average ratio
(809) Le programme réitère continument cette procédure pour permettre le réglage en continu. Le programme se termine sur instruction de l'opérateur. (809) The program continuously repeats this procedure to allow continuous adjustment. The program ends with instruction from the operator.
La position angulaire du rotateur de polarisation doit être réglée pour que le module de rapport soit à peu près égal à 8. Le programme est alors arrêté et relancé, et au bout d'un nombre d'itération suffisant la
valeur moyenne complexe rapport moy est notée et servira de base dans la suite des opérations. The angular position of the polarization rotator must be adjusted so that the ratio module is approximately equal to 8. The program is then stopped and restarted, and after a sufficient number of iteration the
The average value of the average ratio is noted and will serve as a basis for subsequent operations.
5. 14. obtention de la constante K et réglage du diaphragme (114) et du miroir (116)
K est la valeur maximale en pixels correspondant à la fréquence spatiale maximale de l'onde 1/#v ou #vest la longueur d'onde dans le milieu observé, supposé être d'indice égal à l'indice nominal nv de l'objectif. L'indice nominal de l'objectif est l'indice pour lequel il a été conçu et pour lequel il ne crée pas d'aberration sphérique. C'est aussi l'indice de l'huile optique devant être utilisée avec l'objectif. 5. obtaining the constant K and adjusting the diaphragm (114) and the mirror (116)
K is the maximum value in pixels corresponding to the maximum spatial frequency of the wave 1 / # v or #vest the wavelength in the observed medium, assumed to be index equal to the nominal index nv of the objective . The nominal index of the objective is the index for which it was designed and for which it does not create spherical aberration. This is also the index of the optical oil to be used with the lens.
Il y a K pixels entre les fréquences 0 et # . Le pas en fréquence suivant un axe est donc 1/K#v Les fréquences varient au total de - 1/#v à 1/#v par pas de 1/K#v. There are K pixels between the frequencies 0 and #. The frequency step along an axis is therefore 1 / K # v The frequencies vary in total from - 1 / # v to 1 / # v in steps of 1 / K # v.
#v #v @ K#v
Si N est le nombre total de pixels suivant chaque axe pris en compte pour la transformée de Fourier, N valeurs de fréquences sont prises en comptes, allant de - N à N . #v #v @ K # v
If N is the total number of pixels along each axis taken into account for the Fourier transform, N frequency values are taken into account, ranging from - N to N.
2K#v 2K#v
Après transformation on obtient Nvaleurs de position avec un pas en position égal à la moitié de l'inverse de la fréquence maximale avant transformation. 2K # v 2K # v
After transformation, N position values are obtained with a step equal to half the inverse of the maximum frequency before transformation.
Le pas en position est donc 1/@= K#v. The step in position is therefore 1 / @ = K # v.
N 2K#v
Si on considère deux points entre lesquels la distance en pixels est Dpix et la distance réelle est
Dreel' on a donc: D , N D p, d'ou K = bzz-. La longueur d'onde à considérer ici est la N @@ #v Dpix longueur d'onde dans le matériau, supposé être d'indice égal à l'indice nominal nv de l'objectif soit: #v = #. On a finalement: nv N 2K # v
If we consider two points between which the distance in pixels is Dpix and the actual distance is
So we have: D, ND p, where K = bzz-. The wavelength to be considered here is the N @@ #v Dpix wavelength in the material, supposed to be index equal to the nominal index nv of the objective is: #v = #. We finally have: nv
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Pour obtenir la constante K, on réalise l'image d'un micromètre objectif pour lequel les distances réelles sont connues, puis on applique la formule ci-dessus. To obtain the constant K, the image is made of an objective micrometer for which the real distances are known, then the formula above is applied.
Ceci est réalisé en utilisant un programme de focalisation qui sera réutilisé ultérieurement à chaque fois qu'une focalisation sur un échantillon est nécessaire avant la prise d'image tridimensionnelle. This is achieved by using a focus program that will be reused later whenever a focus on a sample is needed before three-dimensional image taking.
L'algorithme de ce programme se trouve sur la figure 14. Ses étapes principales sont: (1000) : Le programme acquiert une image par la procédure acquiert images de la Fig.13. On
obtient donc un tableau d'entiers (type unsigned char pour 8 bits) 1[p, c, i, jl ou l'indice p variant de 0 à 2 correspond à l'état de phase, l'indice c variant de 0 à 1 correspond à l'état du commutateur (0=ouvert, 1=fermé) et les indices i et jvariant de 0 à hpix-1 et de 0 à vpix-1 correspondent aux coordonnées du pixel.
The algorithm of this program is in Figure 14. Its main steps are: (1000): The program acquires an image by the procedure acquires images of Fig.13. We
thus obtains an array of integers (type unsigned char for 8 bits) 1 [p, c, i, jl where the index p varying from 0 to 2 corresponds to the phase state, the index c varying from 0 to 1 corresponds to the state of the switch (0 = open, 1 = closed) and the indices i and jvariant from 0 to hpix-1 and from 0 to vpix-1 correspond to the coordinates of the pixel.
(1001): Un tableau de booléensFli, j] est généré: il est initialisé à 0, puis pour chaque pixel, la valeur maximale atteinte par 7[,0,/,y] sur les trois images correspondant à la position ouverte du commutateur est calculée. Si cette valeur est égale à 255 (valeur la plus élevée du numériseur), les images correspondant à la position fermée du commutateur doivent être utilisées dans le calcul de la fréquence
associée au pixel et à ses 8 voisins immédiats, et le tableau .1 î if Li, JI est mis à 1 pour ces 9 pixels. (1001): An array of BooleansFli, j] is generated: it is initialized to 0, then for each pixel, the maximum value reached by 7 [, 0, /, y] on the three images corresponding to the open position of the switch is calculated. If this value is equal to 255 (the highest value of the digitizer), the images corresponding to the closed position of the switch must be used in the calculation of the frequency
associated with the pixel and its 8 immediate neighbors, and the table .1 if Li, JI is set to 1 for these 9 pixels.
(1002) : la représentation fréquentielle S[i,j] de nombres complexes est générée: pour chaque pixel, la valeur est générée selon les équations suivantes: r
Si H[i,j] vaut 1, la valeur complexe ainsi obtenue est donc multipliée par le nombre complexe rapport moy obtenu lors de l'opération de calibration du commutateur pour donner la valeur finale de l'élément de tableau S[i,j], afin de tenir compte du décalage de phase et de l'absorption induits par le commutateur. (1002): the frequency representation S [i, j] of complex numbers is generated: for each pixel, the value is generated according to the following equations:
If H [i, j] is 1, the complex value thus obtained is thus multiplied by the complex ratio moy obtained during the calibration operation of the switch to give the final value of the array element S [i, j ], to account for phase shift and absorption induced by the switch.
(1003) : Le programme limite le tableau S à des dimensions de 512x512. Le programme effectue ensuite optionnellement l'une ou l'autre, ou aucune, des deux opérations suivantes: - un moyennage sur une largeur de 2, qui ramène le tableau S à un tableau S' de dimensions 256x256 avec S'[i,j] = S[2i,2 j] + S[2i + 1,2j] + S[2i,2j + 1] + S[2i + 1,2j + 1] . Ce moyennage, couplé à une réduction de l'ouverture du diaphragme (114), permet de diminuer le diamètre de la zone observée et de réduire le temps de calcul. Il est équivalent à un filtrage passe-bas suivi d'un sous-échantillonnage. (1003): The program limits the array S to dimensions of 512x512. The program then optionally performs one or the other, or none, of the following two operations: - averaging over a width of 2, which brings the array S to a table S 'of dimensions 256x256 with S' [i, j ] = S [2i, 2d] + S [2i + 1,2d] + S [2i, 2d + 1] + S [2i + 1,2d + 1]. This averaging, coupled with a reduction in the opening of the diaphragm (114), makes it possible to reduce the diameter of the area observed and to reduce the calculation time. It is equivalent to low-pass filtering followed by subsampling.
- une limitation de l'ensemble des fréquences observées à un carré de 256x256 pixels avec
S'[i,j] = S[128 + 1,128 + je . Ceci permet de diminuer le temps de calcul au prix d'une réduction de la résolution. a limitation of all the frequencies observed to a square of 256x256 pixels with
S '[i, j] = S [128 + 1,128 + I. This reduces the calculation time at the cost of a reduction of the resolution.
Toutefois dans le cas présent le programme n'effectue aucune de ces deux opérations. However, in this case the program does not perform either of these two operations.
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(1004) : Le programme effectue alors la transformée de Fourier inverse du tableau ainsi obtenu. (1004): The program then performs the inverse Fourier transform of the resulting array.
(1005) : Il affiche le résultat sur l'écran, en extrayant le module, la partie réelle ou la partie imaginaire.Dans le cas présent il affichera le module. Quelle que soit la variable affichée, le tableau de nombre réels correspondant est d'abord normalisé, soit par rapport à la valeur moyenne, soit par rapport à la valeur maximale. Le programme écrit également sur disque le fichier de réels correspondant. Lorsque la partie réelle ou la partie imaginaire sont représentées, il est essentiel que le point d'impact du faisceau direct soit bien en (256,256) sur l' image de taille 512 x 512, faute de quoi une modulation devient visible. (1005): It displays the result on the screen, extracting the module, the real part or the imaginary part. In this case it will display the module. Whatever the displayed variable, the corresponding real number table is first normalized, either relative to the average value or to the maximum value. The program also writes the corresponding real file to disk. When the real part or the imaginary part are represented, it is essential that the point of impact of the direct beam be in (256,256) on the size image 512 x 512, otherwise a modulation becomes visible.
Lorsque le module est représenté, le point d'impact exact du faisceau direct n'influence pas notablement le résultat. When the module is represented, the exact point of impact of the direct beam does not significantly influence the result.
(1006) :Le programme recommence alors l'acquisition d'une nouvelle image, opérant donc en continu. Il s'arrête sur instruction de l'opérateur. (1006): The program then starts the acquisition of a new image, thus operating continuously. It stops at the instruction of the operator.
Pour obtenir l'image du micromètre, l'objectifest d'abord mis en position à peu près focalisée, le micromètre ayant été introduit comme objet. Dans un premier temps l'onde de référence est supprimée, les diaphragmes sont ouverts au maximum, et le programme de visualisation directe en temps réel de l'image reçue sur le capteur est lancé, les filtres en (103) et le rotateur de polarisation étant réglés pour laisser passer suffisamment d'intensité pour saturer assez largement le capteur au point d'impact direct du faisceau. In order to obtain the image of the micrometer, the objective is first placed in a nearly focused position, the micrometer having been introduced as an object. In a first step, the reference wave is suppressed, the diaphragms are opened to the maximum, and the direct visualization program in real time of the image received on the sensor is launched, the filters in (103) and the polarization rotator being adjusted to allow enough current to pass through to sufficiently saturate the sensor at the point of direct impact of the beam.
L'objet est alors déplacé à dans le plan horizontal à l'aide du positionneur correspondant jusqu'à ce que l'image constituée de nombreux points intenses alignés, caractéristique du micromètre, apparaisse. Le micromètre est alors correctement positionné sous l'objectif. The object is then moved to the horizontal plane using the corresponding positioner until the image consisting of many bright aligned points, characteristic of the micrometer, appears. The micrometer is then correctly positioned under the lens.
Les diaphragmes en (107) et (114) sont alors réglés pour une ouverture d'environ 8 mm. Les filtres en (103) sont alors réglés pour que le maximum d'intensité sur le CCD soit à un niveau d'environ le quart de la valeur maximale du digitaliseur, soit 256/4=64. L'onde de référence est réintroduite. Le programme de focalisation est alors lancé. Le diaphragme (114) doit être ajusté de manière à être clairement visible sur l'image affichée, tout en étant aussi ouvert que possible. Si l'image n'est pas bien centrée, on peut améliorer le centrage soit en modifiant l'orientation du miroir (116), auquel cas il peut être nécessaire de réajuster l'orientation du miroir (121), soit en modifiant la position du diaphragme (114). Le diaphragme en (107) doit être ajusté pour que la zone observée apparaisse uniformément éclairée. Le programme de focalisation est alors arrêté, l'onde de référence est supprimée et l'intensité du faisceau est réajustée comme précédemment. L'onde de référence est alors réintroduite et le programme de focalisation relancé. The diaphragms at (107) and (114) are then adjusted for an aperture of about 8 mm. The filters at (103) are then set so that the maximum intensity on the CCD is at a level of about a quarter of the maximum value of the digitizer, ie 256/4 = 64. The reference wave is reintroduced. The focus program is then launched. The diaphragm (114) should be adjusted to be clearly visible on the displayed image, while being as open as possible. If the image is not well centered, the centering can be improved either by changing the orientation of the mirror (116), in which case it may be necessary to readjust the orientation of the mirror (121), or by changing the position of the diaphragm (114). The diaphragm at (107) should be adjusted so that the observed area appears uniformly illuminated. The focus program is then stopped, the reference wave is removed and the intensity of the beam is readjusted as before. The reference wave is then reintroduced and the focus program restarted.
L'objectif de microscope est alors déplacé par le dispositif de focalisation de manière à obtenir une bonne image du micromètre. Pour faciliter la focalisation, on a intérêt à visualiser une partie du micromètre ou des traits de différentes longueurs sont présents. Ceci limite les 'fausses focalisations' dues à des phénomènes d'interférences en avant du micromètre. Entre deux déplacements il est nécessaire de lâcher le dispositifde focalisation manuel pour obtenir une image non perturbée par les vibrations. Lorsque une bonne image a été obtenue, le programme est arrêté et l'image obtenue est utilisée pour obtenir la distance en nombre de pixels entre deux traits, la distance métrique entre ces traits étant connue. Si la distance entre
deux graduations séparées par D,.eel micromètres est sur l'image ainsi obtenue de Dp,x pixels, si l'indice nominal de l'objectif est nv (en général, nv =1,5) et si la longueur d'onde du laser dans le vide est;' The microscope objective is then moved by the focusing device so as to obtain a good image of the micrometer. To facilitate focusing, it is advantageous to visualize a portion of the micrometer or lines of different lengths are present. This limits 'false focus' due to interference phenomena in front of the micrometer. Between two movements it is necessary to release the manual focusing device to obtain an image undisturbed by the vibrations. When a good image has been obtained, the program is stopped and the image obtained is used to obtain the distance in number of pixels between two lines, the metric distance between these lines being known. If the distance between
two graduations separated by D, .eel micrometers is on the image thus obtained of Dp, x pixels, if the nominal index of the objective is nv (in general, nv = 1.5) and if the wavelength the laser in the vacuum is;
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(# =0,633 micromètres) et si le nombre de points de la transformée de Fourier est N (N=512) alors on a: n N dan
K N Diz, ou bien entendu Deel et IL sont dans la même unité. (# = 0.633 micrometers) and if the number of points of the Fourier transform is N (N = 512) then we have: n N dan
KN Diz, or of course Deel and IL are in the same unit.
# Dpix 5.15.réglage des diaphragmes
L'image tridimensionnelle que l'on calculera a un coté de taille 256 pixels, ce qui permet de limiter les tailles de fichiers et les temps de calcul. Le réglage du diaphragme consiste à réutiliser le programme de focalisation, cette fois avec l'option de moyennage intermédiaire, et régler le diaphragme (114) de manière à ce que son image soit clairement visible tout en étant aussi grande que possible. Le diaphragme (107) est alors réglé pour qu'il soit légèrement plus ouvert que le minimum permettant un éclairage régulier de la partie observée de l'échantillon. # Dpix 5.15.adjustment of the diaphragms
The three-dimensional image that will be calculated has a size of 256 pixels, which limits the file sizes and calculation times. The iris adjustment is to reuse the focus program, this time with the intermediate averaging option, and adjust the iris (114) so that its image is clearly visible while being as large as possible. The diaphragm (107) is then set to be slightly more open than the minimum allowing regular illumination of the observed part of the sample.
5. 16. ajustement de la position du condenseur, obtention des caractéristiques du cercle
Lors de la procédure d'acquisition, l'extrémité du vecteur fréquence d'éclairage doit suivre un cercle (504), ce qui équivaut à ce que le point d'impact du faisceau d'éclairage sur le capteur suive un cercle correspondant. On appelle ici point d'impact du faisceau d'éclairage le point illuminé sur le capteur (118) lorsque seul le faisceau d'éclairage est présent (lame transparente), et qui reste le point d'intensité maximale lorsque un échantillon susceptible d'être utilisé par ce microscope est présent. Pour une position donnée du condenseur (111) et de l'objectif de microscope (113) , le rayon du cercle ne peut pas en général être choisi librement: ceci est une conséquence des fortes aberrations induites par le condenseur pour les rayons non paraxiaux. Par ailleurs, si la position du condenseur est mal réglée transversalement, le faisceau d'éclairage sort de la zone observée de l'objet et est intercepté par le diaphragme (114), et le cercle ne peut pas être parcouru. Si elle est mal réglée dans le sens de l'axe optique, les caractéristiques du cercle ne sont pas optimales. Il est donc en général nécessaire d'ajuster la position du condenseur et de calculer les caractéristiques du cercle. Ces opérations sont toutefois simplifiées si un condenseur de très bonne qualité est utilisé, ou si le condenseur est remplacé par un objectif de microscope. En effet, dans ce cas, les aberrations sont faibles et le rayon du cercle peut être choisi librement, inférieur toutefois à un rayon limite défini par l'ouverture maximale du système. 5. 16. adjustment of the position of the condenser, obtaining the characteristics of the circle
During the acquisition procedure, the end of the light frequency vector must follow a circle (504), which is equivalent to the fact that the point of impact of the light beam on the sensor follows a corresponding circle. Here the impact point of the illumination beam is the dot illuminated on the sensor (118) when only the illumination beam is present (transparent plate), and which remains the point of maximum intensity when a sample susceptible of to be used by this microscope is present. For a given position of the condenser (111) and the microscope objective (113), the radius of the circle can not generally be chosen freely: this is a consequence of the strong aberrations induced by the condenser for the non-paraxial rays. On the other hand, if the position of the condenser is incorrectly adjusted transversely, the illumination beam leaves the observed area of the object and is intercepted by the diaphragm (114), and the circle can not be traveled. If it is wrongly set in the direction of the optical axis, the characteristics of the circle are not optimal. It is therefore generally necessary to adjust the position of the condenser and calculate the characteristics of the circle. These operations are however simplified if a condenser of very good quality is used, or if the condenser is replaced by a microscope objective. Indeed, in this case, the aberrations are small and the radius of the circle can be chosen freely, however less than a limit radius defined by the maximum opening of the system.
Un exemple de programme permettant l'ajustement de la position du condenseur et l'obtention des caractéristiques du cercle est détaillé sur la Fig. 15. Le principe de ce programme est de déplacer le point éclairé par le faisceau direct (point d'impact du faisceau d'éclairage) le long de rayons concentriques partant du centre du capteur et d'afficher les valeurs d'éclairement en chaque point éclairé successivement par le faisceau direct, ce qui forme à l'écran une figure en 'étoile' représentée schématiquement sur la Fig.16. La position du condenseur peut alors être réglée pour que cette étoile soit la plus régulière et large possible, et le programme détermine les caractéristiques des cercles (centre commun G et rayons respectifs Rp et Rq) délimitant la partie extérieure de l'étoile, qui permettent d'obtenir le cercle sur lequel se déplacera le point d'impact direct du faisceau d'éclairage lors de la procédure d'acquisition. Avant de lancer ce programme, l'onde de référence doit être supprimée. Le miroir (109) doit être déplacé de façon à ce que An example of a program for adjusting the position of the condenser and obtaining the characteristics of the circle is detailed in FIG. 15. The principle of this program is to move the point illuminated by the direct beam (point of impact of the illumination beam) along concentric rays from the center of the sensor and to display the illuminance values at each point. successively illuminated by the direct beam, which forms on the screen a star-shaped figure shown diagrammatically in FIG. The position of the condenser can then be adjusted so that this star is as regular and wide as possible, and the program determines the characteristics of the circles (common center G and respective radii Rp and Rq) delimiting the outer part of the star, which allow to obtain the circle on which will move the point of direct impact of the lighting beam during the acquisition procedure. Before starting this program, the reference wave must be removed. The mirror (109) must be moved so that
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le point d'impact direct du faisceau soit au centre de l'image. Les filtres en (103) doivent être ajustés pour éviter la saturation du capteur et devront être réajustés pendant le fonctionnement du programme pour éviter la saturation sur l'ensemble de l'étoile. Les étapes principales de ce programme sont: (1100): le programme calcule les valeurs du rayon, indicé par k, et de l'angle, indicé par l, puis les coordonnées du point 'objectif. Les coordonnées x,y de ce point sont exprimées en pas de moteur (et non en pixels). x représente le nombre de pas effectués par le moteur (213) depuis sa position initiale (point éclairé au centre de l'image). y représente le nombre de pas effectués par le moteur (208) depuis sa position initiale. the point of direct impact of the beam is at the center of the image. The filters at (103) must be adjusted to avoid saturation of the sensor and will have to be readjusted during the operation of the program to avoid saturation on the entire star. The main steps of this program are: (1100): the program calculates the radius values, indexed by k, and the angle, indexed by l, then the coordinates of the objective point. The x, y coordinates of this point are expressed in motor steps (not in pixels). x represents the number of steps taken by the motor (213) from its initial position (illuminated point in the center of the image). y represents the number of steps taken by the motor (208) from its initial position.
*Le pas du déplacement le long d'un rayon, pas rayon, doit être réglé pour que les points de l'étoile soient
suffisamment proches les uns des autres, et l'incrément angulaire pas angle vaut 1-max . 1-max vaut par exemple 16, k-max est ajusté pour que le point éclairé pour l'indice k max sorte du domaine ou il est visible. * The step of moving along a radius, not radius, must be set so that the points of the star are
sufficiently close to each other, and the angle increment angle is 1-max. 1-max is for example 16, k-max is adjusted so that the illuminated point for the index k max is from the domain where it is visible.
(1101): Le programme déplace le moteur vers le point objectif (1102): le point qui avait été affiché sur l'écran à l'étape précédente pour les mêmes indices k,l est effacé. Les coordonnées de ce point étaient rangées dans le tableau V en V[k,l] (1103): une image est acquise depuis le capteur. Il s'agit là d'une acquisition simple, la valeur de chaque pixel étant lue directement sur le capteur. (1101): The program moves the motor to the objective point (1102): the point that was displayed on the screen in the previous step for the same indices k, l is cleared. The coordinates of this point were stored in Table V in V [k, l] (1103): an image is acquired from the sensor. This is a simple acquisition, the value of each pixel being read directly on the sensor.
(1104) : le maximum d'éclairement sur l'image acquise est calculé et enregistré, ses coordonnées en pixels sont enregistrées dans le tableau V contenant des couples d'entiers, en V[k,l], et sa valeur est enregistrée dans le tableau W contenant des réels, en W[k,l]. Le point correspondant au maximum d'éclairement est affiché sur l'écran (l'étoile est formée progressivement par ces points). (1104): the maximum of illumination on the acquired image is calculated and recorded, its coordinates in pixels are recorded in table V containing pairs of integers, in V [k, l], and its value is stored in the table W containing reals, in W [k, l]. The point corresponding to the maximum illumination is displayed on the screen (the star is gradually formed by these points).
(1105): Le programme détermine la valeur maximale vmax = max (W[p,l]) atteinte
k min<p<k max sur la partie k bzz k-min du rayon. La valeur ww est une constante choisie de manière à ce que la partie centrale intense de l'étoile ne soit pas prise en compte. Le programme détermine ensuite les entiers: kp = max p E[k~min,k~max]1 W[p,l] 2 vmax. vcoefl kq = min{p E[k~min,k~max]1 W[p, 1] bzz vmax.veoef ou vcoef=0,5 par exemple. Il enregistre alors les coordonnées des points correspondants dans des tableaux P et Q:
P[l] = vlc/', l Q[l] = V[kq, 1] Le programme affiche les valeurs de l et de vmax dans une fenêtre de texte.
(1105): The program determines the maximum value vmax = max (W [p, l]) reached
k min <p <k max on the k bzz k-min part of the radius. The value ww is a constant chosen so that the intense central part of the star is not taken into account. The program then determines the integers: kp = max p E [k ~ min, k ~ max] 1 W [p, l] 2 vmax. vcoefl kq = min {p E [k ~ min, k ~ max] 1 W [p, 1] bzz vmax.veoef or vcoef = 0.5 for example. It then records the coordinates of the corresponding points in tables P and Q:
P [l] = vlc / ', l Q [l] = V [kq, 1] The program displays the values of l and vmax in a text window.
(1106): Le programme calcule une approximation du centre du cercle et la range dans C[l]. C[I] est calculé comme l'intersection de la médiatrice de P[4 et P[l+I maxl2] avec la médiatrice de P[I+I maxl4] et P[l+l maxl4+1 maxl2]. La Fig.17 illustre le principe de calcul sur l'exemple l max=8, pour le point C[0]. Le point C[0] est l'intersection de deux droites dont l'une est la médiatrice du segment P[0] P[4] et l'autre est la médiatrice du segment P[2]P[6]. (1106): The program calculates an approximation of the center of the circle and ranks it in C [l]. C [I] is calculated as the intersection of the perpendicular bisector of P [4 and P [l + I maxl2] with the mediator of P [I + I maxl4] and P [l + l maxl4 + 1 maxl2]. Fig.17 illustrates the calculation principle on example l max = 8, for the point C [0]. The point C [0] is the intersection of two straight lines, one of which is the mediator of the P [0] P [4] segment and the other is the mediator of the P [2] P segment [6].
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(1107): Le programme calcule le centre G du cercle comme barycentre des points C[l]. Les coordonnées de G seront notées Gx, Gy (1108): Il calcule le rayon Rp du cercle extérieur comme valeur moyenne de la distance entre G et les points P[l], et le rayon Rq du cercle intérieur comme valeur moyenne de la distance entre G et les points Q[l]. (1107): The program calculates the center G of the circle as the centroid of points C [l]. The coordinates of G will be denoted Gx, Gy (1108): It calculates the radius Rp of the outer circle as the average value of the distance between G and the points P [l], and the radius Rq of the inner circle as the mean value of the distance between G and points Q [l].
(1109): Il affiche Gx,Gy, R p , Rq dans la fenêtre de texte. (1109): It displays Gx, Gy, Rp, Rq in the text window.
(1110) : Il recommence l'ensemble de l'opération. Le programme s'arrête sur demande de l'opérateur. (1110): He repeats the whole operation. The program stops at the request of the operator.
Pour cette opération de réglage, le micromètre doit être légèrement déplacé de manière à être hors du champ d'observation, l'objet étant alors équivalent à une lame transparente. L'objectif doit être maintenu en position focalisée. Dans un premier temps, le programme est utilisé pour affiner le positionnement du condenseur. Celui-ci doit être positionné transversalement de manière à ce que les points affichés forment une 'étoile' dont les branches ont toutes une largeur (notée L sur la Fig.16) et une luminosité proche, c'est- à-dire que les valeurs des maximums affichés dans l'étape ( 1105) doivent être proches pour toutes les branches. Il doit être positionné dans la direction de l'axe optique de manière à ce que le rayon Rp du cercle externe soit aussi élevé que possible et à ce que sur chaque branche de l'étoile, la zone extérieure correspondant à des intensités élevées garde une largeur suffisante (par exemple supérieure à 10 pixels), notée L sur la Fig. 16. Plus cette zone est étroite plus le programme d'acquisition d'image, qui utilise les coordonnées obtenues pour le cercle, risque de diverger en essayant de parcourir ce cercle. Pour cette première étape, il suffit d'assez peu d'angles #, par exemple 8. Eventuellement l'ouverture du diaphragme (107) peut être augmentée, ce qui permet d'augmenter la largeur L. Dans un second temps, le nombre d'angles pris en compte est plus élevé afin d'obtenir des valeurs précises de Gx,Gy, R p , Rq . Le point G est le centre du cercle qui sera parcouru lors de l'étape d'acquisition par le point d'impact direct du faisceau d'éclairage. Le rayon R de ce cercle est déterminé à partir des rayons Rpet Rq . Si L= R p - Rq est faible
Rp + Rq
(inférieure à 20 pixels par exemple), on prend R = R p 2 +R g . Si L est plus élevée, on peut prendre une valeur légèrement inférieure à Rp , par exemple R = Rp -10 . Si le condenseur est utilisé à une ouverture suffisamment inférieure à son ouverture maximale, la partie externe de l'étoile rejoint le centre, la largeur L va doncjusqu'au centre, et on peut là aussi utiliser R = Rp - 10 . For this adjustment operation, the micrometer must be slightly moved so as to be out of the field of view, the object then being equivalent to a transparent blade. The objective must be maintained in a focused position. At first, the program is used to refine the positioning of the condenser. This must be positioned transversely so that the points displayed form a 'star' whose branches all have a width (denoted L in Fig.16) and a near brightness, that is to say that the The values of the maximums displayed in step (1105) must be close for all branches. It must be positioned in the direction of the optical axis so that the radius Rp of the outer circle is as high as possible and that on each branch of the star, the outer zone corresponding to high intensities retains a sufficient width (for example greater than 10 pixels), denoted L in FIG. 16. The narrower the area, the more likely the image acquisition program, which uses the coordinates obtained for the circle, to diverge by trying to traverse this circle. For this first step, only a few angles # are needed, for example 8. Optionally the opening of the diaphragm (107) can be increased, which makes it possible to increase the width L. In a second step, the number angles taken into account is higher in order to obtain precise values of Gx, Gy, R p, Rq. Point G is the center of the circle that will be traveled during the acquisition step by the point of direct impact of the lighting beam. The radius R of this circle is determined from the Rpet Rq rays. If L = R p - Rq is low
Rp + Rq
(less than 20 pixels for example), we take R = R p 2 + R g. If L is higher, we can take a value slightly lower than Rp, for example R = Rp -10. If the condenser is used at an opening sufficiently smaller than its maximum opening, the outer part of the star joins the center, the width L goes to the center, and we can also use R = Rp - 10.
5. 17. enregistrement de l'onde de référence
La connaissance de l'onde de référence est indispensable au calcul précis des valeurs complexes de l'onde parvenant au capteur. Celle-ci doit donc être enregistrée indépendamment de la valeur constante de bruit moyen qui caractérise chaque pixel. A cet effet un programme spécifique est utilisé. Dans un premier temps, les ondes d'éclairage et de référence sont supprimées et le programme enregistre l'image de 'noir optique' qui en résulte sur le capteur CCD. Il moyenne l'intensité obtenue sur 100 images pour avoir un 5. 17. recording of the reference wave
The knowledge of the reference wave is indispensable for the precise calculation of the complex values of the wave arriving at the sensor. This must therefore be recorded independently of the constant mean noise value that characterizes each pixel. For this purpose a specific program is used. As a first step, the illumination and reference waves are removed and the program records the resulting 'optical black' image on the CCD. It averages the intensity obtained on 100 images to have a
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noir optique débruité. Dans un deuxième temps l'onde de référence est rétablie et l'onde d'éclairage reste supprimée. Le programme enregistre l'image résultante, la moyenne sur 100 images pour débruiter. Puis le programme calcule la différence entre l'image de l'onde de référence seule et l'image de noir optique, et
enregistre l'image résultante dans un tableau 7/'e/'[] ou i varie de 0 à hpix-1 et j varie de 0 à vpix-l. black optical debris. In a second step, the reference wave is restored and the lighting wave remains suppressed. The program saves the resulting image, the average over 100 images to denoise. Then the program calculates the difference between the image of the reference wave alone and the optical black image, and
save the resulting image in an array 7 / 'e /' [] where i varies from 0 to hpix-1 and j varies from 0 to vpix-1.
5. 18. Focalisation sur l'objet étudié
Cette étape doit être réitérée pour chaque échantillon dont on souhaite obtenir une image. L'onde d'éclairage est rétablie. L'échantillon à étudier est mis en place. Le miroir (109) est réglé pour que le point d'impact direct du faisceau d'éclairage soit au centre du capteur. Les filtres en (103) sont réglés pour qu'en l'abscence d'onde de référence l'intensité maximale reçue sur le capteur CCD soit d'environ 64. L'onde de référence est alors rétablie. Le programme de focalisation est lancé avec l'option de moyennage intermédiaire, et la position de l'objectifest ajustée à l'aide du dispositif de focalisation pour obtenir une image nette de la zone d'intérêt de l'échantillon. 5. 18. Focus on the object under study
This step must be repeated for each sample for which an image is desired. The lighting wave is restored. The sample to be studied is set up. The mirror (109) is set so that the point of direct impact of the illumination beam is at the center of the sensor. The filters at (103) are set so that, in the absence of a reference wave, the maximum intensity received on the CCD sensor is approximately 64. The reference wave is then reestablished. The focusing program is started with the intermediate averaging option, and the position of the lens is adjusted using the focusing device to obtain a clear image of the area of interest of the sample.
5. 19. Ajustement du rayon R
Après la phase de focalisation la phase d'ajustement du condenseur doit être répétée, sans modifier la position de l'objectif et en laissant en place l'échantillon, et en utilisant la position fermée du commutateur optique. La position du condenseur n'est pas nécessairement modifiée mais la nouvelle valeur de R est notée et les filtres en (103) doivent être ajustée de manière à ce que l'intensité maximale reçue sur chaque rayon (affichée dans l'étape (1104) de l'algorithme du programme de focalisation) soit d'environ le quart de la valeur maximale du digitaliseur, soit 64. L'onde de référence, qui doit être supprimée pendant cette étape, est rétablie pour l'étape d'acquisition. 5. 19. Adjustment of radius R
After the focusing phase the condenser adjustment phase must be repeated, without changing the position of the objective and leaving the sample in place, and using the closed position of the optical switch. The position of the condenser is not necessarily modified but the new value of R is noted and the filters at (103) must be adjusted so that the maximum intensity received on each spoke (displayed in step (1104) of the focus program algorithm) is about a quarter of the maximum value of the digitizer, or 64. The reference wave, which must be suppressed during this step, is restored for the acquisition step.
5. 20. étape d'acquisition
Cette étape permet d'acquérir les représentations fréquentielles bidimensionnelles à partir desquelles sera calculée la représentation tridimensionnelle. Le point d'impact direct du faisceau d'éclairage est déplacé suivant un cercle de centre G et de rayon R déterminés dans l'étape de réglage qui précède. Le pas angulaire pas est de 2 ou nbim est le nombre de représentations fréquentielles bidimensionnelles à nbim acquérir et a pour valeur la partie entière de 2nR. A chaque étape, le programme calcule et enregistre dans
un fichier frch acquis une représentation fréquentielle qui sera utilisée dans la phase de calcul tridimensionnel. La taille de l'image acquise depuis la caméra est hpix x vpix, mais cette taille est divisée par deux pour obtenir des représentations fréquentielles de dimension hel x vel, selon le principe de moyennage intermédiaire déjà utilisé dans le programme de focalisation. 5. 20. acquisition stage
This step makes it possible to acquire the two-dimensional frequency representations from which the three-dimensional representation will be calculated. The point of direct impact of the illumination beam is displaced in a circle of center G and radius R determined in the preceding adjustment step. The angular step is 2 or nbim is the number of two-dimensional frequency representations to nbim acquire and has the value of the integer part of 2nR. At each step, the program calculates and records in
a frch file acquired a frequency representation which will be used in the three-dimensional computation phase. The size of the image acquired from the camera is hpix x vpix, but this size is divided by two to obtain frequential representations of hel x vel dimension, according to the intermediate averaging principle already used in the focusing program.
Le programme d'acquisition est détaillée par l'algorithme de la Fig.18 dont les étapes sont les suivantes : (1300) : Les données de base de l'acquisition sont enregistrées dans le fichier fich acquis: nbim: nombre de représentations fréquentielles bidimensionnelles The acquisition program is detailed by the algorithm of Fig.18 whose steps are as follows: (1300): The basic data of the acquisition are recorded in the acquired file file: nbim: number of two-dimensional frequency representations
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hel=hpix /2 : nombre final de points dans le sens horizontal vel=vpixl2: nombre final de points dans le sens vertical (1301): temps d'attente permettant l'absorption des vibrations créées par le mouvement du positionneur (110). Un temps d'attente de 2s environ peut convenir. hel = hpix / 2: final number of points in the horizontal direction vel = vpixl2: final number of points in the vertical direction (1301): waiting time allowing absorption of the vibrations created by the movement of the positioner (110). A waiting time of about 2s may be appropriate.
(1302) : Le programme acquiert les images par la procédure acquiert images de la Fig.13. On
obtient donc un tableau d'entiers (type unsigned char pour 8 bits) 1[p,c,i,jl ou l'indice/? variant de 0 à 2 correspond à l'état de phase, l'indice c variant de 0 à 1 correspond à l'état du commutateur (0=ouvert, 1=fermé) et les indices / et variant respectivement de 0 à hpix-1 et de 0 à vpix-1 correspondent aux coordonnées du pixel. (1302): The program acquires the images by the procedure acquires images of Fig.13. We
gets an array of integers (type unsigned char for 8 bits) 1 [p, c, i, jl or the index /? varying from 0 to 2 corresponds to the phase state, the index c varying from 0 to 1 corresponds to the state of the switch (0 = open, 1 = closed) and the indices / and varying respectively from 0 to hpix- 1 and from 0 to vpix-1 correspond to the coordinates of the pixel.
(1303):Un tableau de booléens H[i,j] est généré : est initialisé à 0, puis pour chaque pixel, la valeur maximale atteinte sur les trois images correspondant à la position ouverte du commutateur est calculée. Si cette valeur est égale à 255 (valeur la plus élevée du numériseur), les images correspondant à la position fermée du commutateur doivent être utilisées dans le calcul de la fréquence associée au pixel et à ses 8 voisins immédiats, et le tableau H est mis à 1 pour ces 9 pixels. (1303): An array of Booleans H [i, j] is generated: is initialized to 0, then for each pixel, the maximum value reached on the three images corresponding to the open position of the switch is calculated. If this value is equal to 255 (the highest value of the digitizer), the images corresponding to the closed position of the switch must be used in the calculation of the frequency associated with the pixel and its 8 immediate neighbors, and the array H is set to 1 for these 9 pixels.
(1304): la représentation fréquentielle S[i,j] de nombres complexes est générée: pour chaque pixel, la valeur est générée selon les équations suivantes:
Si H[i,j] vaut 1, la valeur complexe ainsi obtenue est donc multipliée par le nombre complexe rapport moy obtenu lors de l'opération de calibration du commutateur pour donner la valeur finale de l'élément de tableau S[i,j], afin de tenir compte du décalage de phase et de l'absorption induites par le commutateur.
(1304): the frequency representation S [i, j] of complex numbers is generated: for each pixel, the value is generated according to the following equations:
If H [i, j] is 1, the complex value thus obtained is thus multiplied by the complex ratio moy obtained during the calibration operation of the switch to give the final value of the array element S [i, j ], to account for phase shift and absorption induced by the switch.
(1305)-Le point de module maximal du tableau S est déterminé. Ses coordonnées (/yMax,y mox) sont enregistrées. (1305) -The maximum module point of Table S is determined. Its coordinates (/ yMax, y mox) are recorded.
(1306) La position 'objectifest calculée, l'angle valant k.pas: i~obj Gx + Rco k.pas)
Lobj = Gy + R sin(k. pas ou i obj et j obj sont les coordonnées de la position objectif en pixels. (1306) The position 'objective is calculated, the angle being k.pas: i ~ obj Gx + Rco k.pas)
Lobj = Gy + R sin (k) not or i obj and j obj are the coordinates of the objective position in pixels.
Le déplacement des moteurs est calculé: pas i=(i obj-i max).pas~par~pixel a=(/~o~/K).6~pa7'~:<'e/ ou pas~par~pixel est le nombre de pas des moteurs par pixel de déplacement, déterminé expérimentalement pendant les réglages. The displacement of the motors is calculated: not i = (i obj-i max) .pas ~ by ~ pixel a = (/ ~ o ~ / K) .6 ~ pa7 '~: <' e / or not ~ by ~ pixel is the number of steps of the motors per pixel of displacement, determined experimentally during the adjustments.
(1307) - Un des moteurs permet de déplacer le point d'impact direct du faisceau dans la direction de l'axe i. Il doit effectuer un nombre de pas pas i dans la direction correspondant à un indice i croissant pour (1307) - One of the motors makes it possible to move the point of direct impact of the beam in the direction of the axis i. It must perform a number of steps not i in the direction corresponding to an index i increasing for
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la position du point d'impact direct du faisceau d'éclairage (pour pas~i#0, il doit effectuer un nombre de pas -pas dans la direction opposée). L'autre moteur permet de déplacer le point d'impact direct du faisceau dans la direction de l'axej. De même, il doit effectuer un nombre de pas pas~j. the position of the direct impact point of the lighting beam (for step ~ i # 0, it must perform a number of steps-not in the opposite direction). The other motor moves the point of direct impact of the beam in the direction of the axis. Similarly, he must perform a number of steps not ~ j.
(1308) - Un tableau de fréquences moyennées est généré: Chaque dimension du tableau initial S est divisée par deux pour donner un tableau Mk avec
(1308) - An array of averaged frequencies is generated: Each dimension of the initial array S is divided by two to give an array Mk with
(i 3\jy)-L,e point ae moauie maximal au rameau ivk est ueiermme, ses uuufuuituecs IIItG.Gk , jmaxg et sa valeur max-moy = Mk imaxk , jmaxk = max 1 (Mk sont enregistrées.
The highest point at the branch ivk is the same, its values IIItG.Gk, jmaxg and its max-moy value = Mk imaxk, jmaxk = max 1 (Mk are recorded.
09::;.hel-l 0#j#vel-1 (1310) -Les éléments du tableau Mk sont normalisés en les divisant par max~moy:
., r..1 [7'] Mk V'J ] = # max~ moy (1311)- imaxk , jmaxk et la représentation fréquentielle Mk sont enregistrés dans le fichier
fichacquis. 09 ::;. Hel-l 0 # j # vel-1 (1310) -The elements of table Mk are normalized by dividing them by max ~ moy:
., r..1 [7 '] Mk V'J] = # max ~ moy (1311) - imaxk, jmaxk and the frequency representation Mk are recorded in the file
fichacquis.
(1312)- L'algorithme se termine quand l'angle vaut 2#. Le moteur revient alors à sa position initiale et le fichier d'acquisition fich~acquis est fermé. (1312) - The algorithm ends when the angle is 2 #. The motor then returns to its initial position and the acquisition file ~ acquired file is closed.
5. 21. calcul tridimensionnel
La procédure d'acquisition a généré des représentations fréquentielles bidimensionnelles Mk , ou l'indice k représente le numéro d'ordre de chaque représentation . Ces représentations ayant été moyennées sur une largeur de 2, les valeurs de Cx , Cy et K doivent être divisées par 2 pour correspondre au nouveau système de coordonnées. Ce sont ces valeurs divisées qui sont utilisées dans la suite. L'ensemble des représentations bidimensionnelles peut être considéré une représentation à trois dimensions (i,j,k) dans lequel l'indice k représente l'indice image et les indices i et/ représentent les coordonnées cartésiennes de chaque représentation. Dans la k -ième représentation fréquentielle bidimensionnelle: la relation entre les coordonnées et la fréquence caractéristique est:
La relation entre les coordonnées et la fréquence d'éclairage est:
La relation entre les coordonnées et la fréquence totale est donc:
5. 21. three-dimensional calculation
The acquisition procedure generated two-dimensional frequency representations Mk, where the index k represents the sequence number of each representation. Since these representations have been averaged over a width of 2, the values of Cx, Cy, and K must be divided by 2 to correspond to the new coordinate system. It is these divided values that are used in the following. The set of two-dimensional representations can be considered a three-dimensional representation (i, j, k) in which the index k represents the image index and the indices i and / represent the Cartesian coordinates of each representation. In the k-th two-dimensional frequency representation: the relation between the coordinates and the characteristic frequency is:
The relationship between the coordinates and the lighting frequency is:
The relation between the coordinates and the total frequency is therefore:
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La procédure de calcul tridimensionnel consiste en principe à générer dans un premier temps une représentation tridimensionnelle sous forme d'un tableau F de dimensions fdim xfdim xfdim avec fdim=256, puis à en effectuer la transformée de Fourier pour obtenir un tableau U de mêmes dimensions correspondant à la représentation u(r), et dans lequel les indices correspondent donc au rayon-vecteur. La représentation F est un tableau dont les indices représentent les coordonnées de K#ft, le zéro étant ramené
par translation au point de coordonnées (fdiml2fdim/2fdiml2). On obtient donc, à partir de chaque point de coordonnées i,j d'une représentation bidimensionnelle Mk, un point de la représentation tridimensionnelle par:
The three-dimensional calculation procedure consists in principle in generating initially a three-dimensional representation in the form of an array F of dimensions fdim xfdim xfdim with fdim = 256, and then in performing the Fourier transform to obtain a table U of the same dimensions corresponding to the representation u (r), and in which the indices therefore correspond to the radius-vector. The representation F is a table whose indices represent the coordinates of K # ft, the zero being brought back
by translation at the coordinate point (fdiml2fdim / 2fdiml2). We thus obtain, from each point of coordinates i, j of a two-dimensional representation Mk, a point of the three-dimensional representation by:
Lorsque un point du tableau F, de coordonnées (m,nj,nk), est obtenu successivement à partir de plusieurs représentations bidimensionnelles distinctes, la valeur de F retenue en ce point est la moyenne des valeurs obtenues à partir de chacune de ces représentations bidimensionnelles. Lorsque ce point n'est jamais obtenu, on y affecte une valeur nulle. When a point of the array F, with coordinates (m, nj, nk), is obtained successively from several distinct two-dimensional representations, the value of F retained at this point is the average of the values obtained from each of these two-dimensional representations. . When this point is never obtained, it is assigned a value of zero.
Lorsque le tableau F a été généré, le tableau U peut être obtenu par transformée de Fourier tridimensionnelle inverse. When the array F has been generated, the array U can be obtained by inverse three-dimensional Fourier transform.
Cette méthode peut être appliquée directement si le programme dispose d'une mémoire vive suffisante. Le programme dont l'algorithme est décrit Fig. 19 permet cependant d'effectuer les calculs sur un système dont la mémoire vive est limitée, les fichiers étant stockés sur un support à accès séquentiel (disque dur). This method can be applied directly if the program has sufficient RAM. The program whose algorithm is described FIG. 19, however, makes it possible to perform the calculations on a system whose RAM is limited, the files being stored on a sequential access support (hard disk).
Pour des raisons pratiques, une partie de la transformation de Fourier sera effectuée au fur et à mesure de la génération du tableau F, qui ne sera donc jamais véritablement généré. For practical reasons, part of the Fourier transformation will be carried out as Table F is generated, which will never be truly generated.
Le programme opère en cinq étapes. Chaque étape utilise un fichier d'entrée stocké sur le disque dur de l'ordinateur et génère un fichier de sortie également stocké sur le disque dur, dont le nom est en italique sur la figure. Le programme pourrait théoriquement effectuer de manière plus directe les opérations nécessaires à la génération de l'image tridimensionnelle, mais la taille des fichiers impliqués est trop élevée pour qu'ils puissent être entièrement contenus dans la mémoire d'un ordinateur. Il est donc nécessaire de gérer leur stockage sur disque. La lecture/écriture d'éléments de fichiers sur disque se faisant plus rapidement si les éléments sont stockés de manière contigue, le programme doit être conçu pour ne lire et écrire sur le disque que des blocs d'une taille suffisante. C'est ce que permet l'algorithme décrit, alors qu'une méthode directe nécessiterait des lectures/écritures à des addresses non contigues et ne serait pas praticable en raison du temps perdu en accès disque. Les étapes de l'algorithme sont les suivantes: The program operates in five stages. Each step uses an input file stored on the hard disk of the computer and generates an output file also stored on the hard disk, whose name is in italics in the figure. The program could theoretically perform more directly the operations necessary for the generation of the three-dimensional image, but the size of the files involved is too high so that they can be entirely contained in the memory of a computer. It is therefore necessary to manage their disk storage. Since reading / writing of disk file items is faster if the items are stored contiguously, the program must be designed to read and write to the disk only blocks of sufficient size. This is what the described algorithm allows, whereas a direct method would require reads / writes to non-contiguous addresses and would not be feasible due to the time lost in disk access. The steps of the algorithm are as follows:
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(1400)-centrage des représentations fréquentielles bidimensionnelles :
Cette procédure consiste à translater les représentations bidimensionnelles pour passer d'une représentation dans le système de coordonnées (i,j,k) à une représentation dans le système (ni,nj,k) avec
ni=i-imax+fdiml2,nj j jmax+fdiml2, les dimensions suivant ni et nj du tableau ainsi généré étant defdim x fdim. L'algorithme de cette partie est représenté figure 21. Les étapes sont les suivantes: (1600) : les valeurs de hel,vel,nbim sont lues dans le fichierfich~acquis. (1400) -centrage of two-dimensional frequency representations:
This procedure consists in translating the two-dimensional representations to move from a representation in the coordinate system (i, j, k) to a representation in the system (ni, nj, k) with
ni = i-imax + fdim12, nj jmax + fdim12, the following dimensions ni and nj of the array thus generated being defdim x fdim. The algorithm of this part is represented in FIG. 21. The steps are as follows: (1600): the values of hel, vel, nbim are read in the file fich ~ acquired.
(1601): la représentation fréquentielle Mk correspondant à l'indice k est transférée en mémoire centrale avec les valeurs correspondantes imaxk et jmaxk . (1601): the frequency representation Mk corresponding to the index k is transferred in central memory with the corresponding values imaxk and jmaxk.
(1602) : Une représentation fréquentielle translatée Tk de dimensions fdim xfdim est générée avec:
. Tk [ni, /] = Mk [ni - fdim l 2 + imaxk , nj - fdim l 2 + jmaxk lorsque 0 5 ni - fdim l 2 + imaxk <- hel -1 et 0 <- nj - fdim l 2 + Jmaxk 5 hel -1 . (1602): A translated frequency representation Tk of dimensions fdim xfdim is generated with:
. Tk [ni, /] = Mk [ni - fdim l 2 + imaxk, nj - fdim l 2 + jmaxk when 0 5 ni - fdim l 2 + imaxk <- hel -1 and 0 <- nj - fdim l 2 + Jmaxk 5 hel -1.
#Tk[ni,nj] = 0 dans les autres cas
La Fig. (20) montre une image d'origine avec son point de coordonnées ( imaxk , jmaxk ) et un dessin arbitraire autour de ce point, et la nouvelle image translatée. #Tk [ni, nj] = 0 in other cases
Fig. (20) shows an original image with its coordinate point (imaxk, jmaxk) and an arbitrary drawing around that point, and the new translated image.
(1603): Les valeurs de imaxk, jmaxk , et la représentation Tk sont enregistrées dans le fichier fich centré dans l'ordre suivant:
imaxk , Jmaxk , Tk [0,0], Tk [1,0], ...... Tk fdim -1,0 , lmaxk, jmaxk, Tk [0,1], Tk [1,1],...... Tk fdim-1,1 , Imaxk, Jmaxk , Tk 0, fdtmTk 1, fdim, ...... Tk [fdim - 1, fdim - 1] , Notons que imaxk et jmaxk sont répétés à chaque ligne de Tk dans le fichier ftch centré. Ceci permet que ces données, indispensables au changement d'indice k # nk, restent disponible après l'opération d'échange des axes. (1603): The values of imaxk, jmaxk, and the Tk representation are stored in the centered file in the following order:
imaxk, Jmaxk, Tk [0,0], Tk [1,0], ...... Tk fdim -1,0, lmaxk, jmaxk, Tk [0,1], Tk [1,1] ,. ..... Tk fdim-1.1, Imaxk, Jmaxk, Tk 0, fdtmTk 1, fdim, ...... Tk [fdim-1, fdim-1], Note that imaxk and jmaxk are repeated at each Tk line in the centered ftch file. This allows these data, which are indispensable for the index change k # nk, to remain available after the axis exchange operation.
(1604) : le processus est recommencé tant quek est inférieur à nbim. (1604): the process is restarted as long as k is less than nbim.
(1401)-Echange des axes 'plan' et 'ligne'
Le changement d'indices /' -># ni et j xyz nj ayant été effectué, il reste à faire le changement d'indice k # nk . Pour effectuer ce changement d'indice en un temps raisonnable il est nécessaire de pouvoir charger en mémoire centrale, rapidement, un plan (ni,k). Pour que cette opération soit possible, il faut préalablement échanger les axes k et nj. C'est ce que fait cet algorithme.
(1401) -Exchange of the 'plan' and 'line' axes
The change of indices / '-># ni and j xyz nj having been carried out, it remains to make the index change k # nk. To make this change of index in a reasonable time it is necessary to be able to load in central memory, quickly, a plane (ni, k). For this operation to be possible, the axes k and nj must be exchanged beforehand. That's what this algorithm does.
Le fichier fich centré précédemment créé est relu, l'ordre des données est modifié et un fichier fich echl est écrit dans lequel les données sont dans l'ordre suivant: imaxo , jmccco, To [0,0], To [1,01, ...... To fdim -1,0, imaxl , jmaxl , Tl [0,0], Tl [1,0], ...... Ii [fdim -1,0], imaxnbim-1, iMaXnbim-1 Tnbrm-1 [0,0], Tb,m-l [l'O], ...... Tnblm-l [fdim - 1,0], The previously created centric file is re-read, the order of the data is changed, and an echl file is written in which the data is in the following order: imaxo, jmccco, To [0,0], To [1,01 , Fdim -1.0, imaxl, jmaxl, Tl [0,0], Tl [1,0], ...... Ii [fdim -1,0], imaxnbim-1 , iMaXnbim-1 Tnbrm-1 [0,0], Tb, ml [O], ...... Tnblm-1 [fdim-1,0],
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itnaxo , jmax0 , To 0,1, To 1,1], ...... To[fdim -1,1], imaxl , jmaxl , Tl [0,1], Tl [1,1],...... Tt [fdim -1,1], tmpnbtm-1, .lmnbrm-I , Tnb.-1[0,11, Tnbrm-t 1,1], ...... Tnbzm-l[fdim -1,1], imaxo , jmaxo , To 0, fdim -1, To 1, fdim -1, ...... To [fdim - 1, fdim - 1], imaxl, jmaxl,TlO, fdim-l,Ttl, fdim-1,......Tifdim-1, fdim-1, imaxnbim-1 jmaxnbrm-1, Tnbim-1 [0, fdim - 1], Tnbrm-1 1 fdim -1],...... Tn6rm-1 [Jdim -1, Jdim -1] C'est-à-dire que les axes nj et k sont échangés. Cette opération d'échange des axes est effectuée bloc par bloc. La Fig. (22) représente symboliquement (1700) le contenu d'un fichier tridimensionnel correspondant à des indices i,j, k, rangé en mémoire plan horizontal par plan horizontal et chaque plan étant rangé ligne par ligne, une ligne étant dans le sens de la profondeur sur le dessin. Les axes i,j,k et l'origine 0 du repère sont précisés sur le dessin. Le contenu du fichier obtenu par inversion des axes) et k est représenté en (1702). Le transfert des données d'un fichier à l'autre se fait bloc par bloc, le bloc (1701) étant copié en mémoire centrale puis transféré en (1703). La lecture et l'écriture des blocs se fait plan horizontal par plan horizontal, un plan horizontal dans le fichier lu ne correspondant pas à un plan horizontal dans le fichier écrit. La taille du bloc est la taille maximum qui puisse tenir dans la mémoire interne disponible de l'ordinateur. L'opération est répétée pour tous les blocs, les blocs situés 'au bord' n'ayant pas en général la même dimension que les autres. Cette manière d'opérer permet d'effectuer l'échange des axes avec un ordinateur dont la mémoire interne a une taille inférieure à celle des fichiers utilisés.
itnaxo, jmax0, To 0,1, To 1,1], ...... To [fdim -1,1], imax1, jmax1, Tl [0,1], Tl [1,1], .. .... Tt [fdim -1,1], tmpnbtm-1, .lmnbrm-I, Tnb.-1 [0,11, Tnbrm-t 1,1], ...... Tnbzm-l [fdim -1,1], imaxo, jmaxo, To 0, fdim -1, To 1, fdim -1, ...... To [fdim-1, fdim-1], imax1, jmax1, T10, fdim-1 , Ttl, fdim-1, ...... Tifdim-1, fdim-1, imaxnbim-1 jmaxnbrm-1, Tnbim-1 [0, fdim-1], Tnbrm-1 1 fdim -1], .. .... Tn6rm-1 [Jdim -1, Jdim -1] That is, the axes nj and k are exchanged. This axis exchange operation is performed block by block. Fig. (22) represents symbolically (1700) the contents of a three-dimensional file corresponding to indices i, j, k, stored in horizontal plane memory by horizontal plane and each plane being arranged line by line, a line being in the direction of the depth on the drawing. The axes i, j, k and the origin 0 of the reference are specified in the drawing. The contents of the file obtained by inverting the axes) and k is represented in (1702). The transfer of data from one file to another is block by block, the block (1701) being copied to the central memory and then transferred to (1703). The reading and writing of the blocks is horizontal plane by horizontal plane, a horizontal plane in the read file does not correspond to a horizontal plane in the written file. The size of the block is the maximum size that can fit in the available internal memory of the computer. The operation is repeated for all the blocks, the blocks at the edge not generally having the same dimension as the others. This way of operating makes it possible to exchange axes with a computer whose internal memory is smaller than the size of the files used.
La procédure en language C (Microsoft C/C++ sous Windows 95) qui permet cette opération est la suivante:
void echange~axes(FILE* read~file,FILE* write~file,int ktot,int jtot,int itot,int memory-limit ) int knum,jnum,bknum,bjnum,keff,jeff,k,j,bk,bj; char* buff; knum=(int)sqrt(((double)memory~limit)/((double)itot)); jnum=knum;
buff=( char*)malloc(itot*knum *jnum); bknum=ktot/knum ; if(knum*bknum!=ktot) bknum+= 1 ; bjnum=jtot/jnum; if (jnum*bjnum!=jtot) bjnum+=1; The procedure in C language (Microsoft C / C ++ under Windows 95) that allows this operation is as follows:
void exchange ~ axes (FILE * read ~ file, FILE * write ~ file, int ktot, int jtot, int itot, int memory-limit) int knum, jnum, bknum, bjnum, keff, jeff, k, j, bk, bj; char * buff; knum = (int) sqrt (((double) memory limit ~) / ((double) itot)); Jnum = knum;
buff = (char *) malloc (itot * knum * jnum); bknum = ktot / knum; if (knum * bknum! = ktot) bknum + = 1; bjnum = Jtot / Jnum; if (jnum * bjnum! = jtot) bjnum + = 1;
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for (bk=O;bk≤bknum-l;bk++) for (bj=O;bj≤bjnum-l;bj++) {
if (bk==(bknum-1)) kektot-knum*(bknum-1); else keff=knum; if (bj==(bjnum-1)) jejtot jnum*(bjnum-1); else jeff=jnum; for (k=O;k≤keff-1;k++) for (j=O;j≤jeff-lj++) fseek(read file,(bk*knum+k)*jtot*itot+(bj*jnum+j)*itot,SEEK SET); fread(buff+k*jeff*itot+j*itot, 1, itot, read~file); }
for (j=O;j< jeff 1 j++) for(k=0;k≤keff-l;k++) { fseek(write file,(bj*jnum+j)*ktot*itot+(bk*knum+k)*itot,SEEK SET); fwrite(buff+k*jeff*itot+j*itot, 1, itot, write file); free (buff);
Les paramètres à passer lors de l'appel de la procédure sont: read file: pointeur sur le fichier frch centré write-file: pointeur sur le fichier fich ech7 ktot : nombre total d'images nbim jtot: nombre total de lignes dans une représentation fréquentielle: fdim itot: taille en octets d'une ligne: fdim*sizeof(complexe)+2*sizeof(int), ou sizeof (complexe) la taille en octets d'un nombre complexe ( Tk [i,j] par exemple) et sizeof (int) taille en octets d'un nombre entier (imaxk par exemple). memory~limit: taille maximale en octets de la mémoire à accès aléatoire (RAM) dont dispose la procédure pour stocker les blocs. for (bk = O; bk≤bknum-l; bk ++) for (bj = O; bj≤bjnum-1; bj ++) {
if (bk == (bknum-1)) kektot-knum * (bknum-1); else keff = knum; if (bj == (bjnum-1)) ijtot jnum * (bjnum-1); else jeff = jnum; for (k = O; k≤keff-1; k ++) for (j = O; j≤jeff-lj ++) fseek (read file, (bk * knum + k) * jtot * itot + (bj * jnum + j) * itot, SEEK SET); fread (buff + k * jeff * itot + j * itot, 1, itot, read ~ file); }
for (j = O; j <jeff 1 j ++) for (k = 0; k≤keff-l; k ++) {fseek (write file, (bj * jnum + j) * ktot * itot + (bk * knum + k) * itot, SEEK SET); fwrite (buff + k * jeff * itot + j * itot, 1, itot, write file); free (buff);
The parameters to pass during the call of the procedure are: read file: pointer on the file frch centered write-file: pointer on the file file ech7 ktot: total number of images nbim jtot: total number of lines in a representation frequency: fdim itot: size in bytes of a line: fdim * sizeof (complex) + 2 * sizeof (int), or sizeof (complex) the size in bytes of a complex number (Tk [i, j] for example ) and sizeof (int) size in bytes of an integer (imaxk for example). memory ~ limit: The maximum size in bytes of random access memory (RAM) available to store blocks.
Les fichiers doivent être ouverts en mode 'commited' c'est-à-dire que les opérations de lecture/écriture sont effectuées directement depuis ou vers le disque dur, sans bufferisation intermédiaire en mémoire centrale. The files must be open in commited mode, that is, the read / write operations are performed directly from or to the hard disk, without intermediate buffering in central memory.
(1402)- phase de calcul. (1402) - calculation phase.
Cette phase de calcul a pour objet de remplacer l'indice 'image' k par l'indice nk donné par la formule: This calculation phase aims to replace the index 'image' k by the index nk given by the formula:
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ou i,j sont les coordonnées dans le repère d'origine (avant centrage). Dans le repère centré on a donc:
Lorsque les mêmes indices (i,j,k) sont obtenus plusieurs fois par remplacement de l'indice image, la valeur retenue pour l'élément correspondant de la représentation fréquentielle tridimensionnelle est la moyenne des valeurs pour lesquelles les indices (i,j,k) sont obtenus.
where i, j are the coordinates in the origin reference (before centering). In the centered coordinate system we have:
When the same indices (i, j, k) are obtained several times by replacing the image index, the value retained for the corresponding element of the three-dimensional frequency representation is the average of the values for which the indices (i, j, k) are obtained.
Un point de la représentation fréquentielle tridimensionnelle, de coordonnées (ni,nj,nk) , ne peut être obtenu par ce changement de coordonnées qu'à partir d'un plan (ni,k) donné et correspondant à son indice nj. Les plans (ni,k) peuvent donc être traités indépendamment les uns des autres. Lorsque dans un plan (ni,k) on a remplacé l'indice k par l'indice nk, il est donc possible d'effectuer directement la transformée de Fourier bidimensionnelle inverse de ce plan avant de passer au plan suivant. C'est ce que fait cette partie du programme, dont l'algorithme est détaillé sur la Fig. 23. Ses étapes principales sont:
(1800) les éléments suivants sont lus dans le fichier fich echl et transférés en mémoire interne imax0 , jmax0 , 70 [0, nj], T0[l,nj], To [fdim - 1, nj], imax ,jmax, 7t [0, M/], Tl [l,nj], ...... Tl [fdim - 1, nj], lmaxnbim-1,.%m'nbm-1, Tnbm-1 [0, ni], Tnbm-1 1, n,l , ...... Tnbim-1 [fdim - 1, nj] (1801) les tableaux Dnj et Poids, de dimensions fdim xfdim, sont initialisés à 0. (1802) La condition suivante est testée:
ou o est l'ouverture du microscope, et n l'indice de l'huile optique et de la lamelle utilisés, soit à peu près: - 0 = 1,25 Si la condition est vraie, le point correspond à un vecteur fréquence ne sortant pas de n 1,51 l'ouverture de l'objectif et est donc dans la zone observable. A point of the three-dimensional frequency representation, of coordinates (ni, nj, nk), can be obtained by this change of coordinates only from a given plane (ni, k) and corresponding to its index nj. The planes (ni, k) can therefore be processed independently of each other. When in a plane (ni, k) the index k has been replaced by the index nk, it is therefore possible to directly perform the inverse two-dimensional Fourier transform of this plane before moving on to the next plane. This part of the program does this, the algorithm of which is detailed in FIG. 23. Its main stages are:
(1800) the following elements are read from the file echl file and transferred to internal memory imax0, jmax0, 70 [0, nj], T0 [l, nj], To [fdim-1, nj], imax, jmax, 7t [0, M /], Tl [1, nj], ...... Tl [fdim-1, nj], lmaxnbim-1,.% M'nbm-1, Tnbm-1 [0, ni], Tnbm-1 1, n, l, ...... Tnbim-1 [fdim-1, nj] (1801) arrays Dnj and Weight, of dimensions fdim xfdim, are initialized to 0. (1802) The following condition is tested:
where o is the opening of the microscope, and n is the index of the optical oil and lamella used, approximately: - 0 = 1.25 If the condition is true, the point corresponds to a frequency vector not going out no 1.51 aperture of the lens and so is in the observable area.
(1803) La valeur nk est calculée par la formule:
(1804) La valeur correspondante de fréquence est additionnée au tableau Dnj.L'élément correspondant du tableaux des poids, qui sera utilisé pour calculer la valeur moyenne, est incrémenté. (1803) The value nk is calculated by the formula:
(1804) The corresponding frequency value is added to the table Dnj.The corresponding element of the weight table, which will be used to calculate the average value, is incremented.
Dnj[ni,nk]+ = Tk[ni,nj] Dnj [ni, nk] + = Tk [ni, nj]
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Poids[ni,nk]+ =1 1 (1805) Lorsque l'ensemble des indices ni,nk a ainsi été parcouru, le programme parcourt l'ensemble des indices ni et nk en testant la condition Poids[ni,nk]# 0 et à chaque fois que cette condition est réalisée il effectue:
Dnj [ni, nk] ~ Dn,[ni,nk] D -' [M7,] Poid4ni,nk] (1806)le programme effectue une transformée de Fourier bidimensionnelle inverse du tableau Dnj.
Weight [ni, nk] + = 1 1 (1805) When the set of indices ni, nk has been traversed, the program traverses the set of indices ni and nk by testing the condition Weight [ni, nk] # 0 and whenever this condition is realized it performs:
Dnj [ni, nk] ~ Dn, [ni, nk] D - '[M7,] Poid4ni, nk] (1806) The program performs an inverse two-dimensional Fourier transform of array Dnj.
(1807) il stocke le tableau transformé dans le fichier de sortiefich-Calc dans l'ordre suivant: Dnj [0,0], Dani [1,0], ..... Dnj [ fdim-1,0], Dnj [0,1], Dnj [1,1],..... Dnj [ fdim -1,1] , Dnj [0, fdim -1], D" [ 1, fdim -1], ..... D" [fdim - 1, fdim - 1] (1403)-2eme échange des axes: Il reste à ce niveau à effectuer une transformée de Fourier inverse à une dimension suivant l'axe nj. Afin de pouvoir effectuer cette transformation en un temps raisonnable, il est nécessaire d'échanger préalablement les axes nj et nk. Le programme pourra ensuite charger en mémoire centrale des plans (ni,nj) complets pour les traiter.
(1807) it stores the transformed array in the outputfich-Calc file in the following order: Dnj [0,0], Dani [1,0], ..... Dnj [fdim-1,0], Dnj [0,1], Dnj [1,1], ..... Dnj [fdim -1,1], Dnj [0, fdim -1], D "[1, fdim -1], .... D "[fdim - 1, fdim - 1] (1403) -2nd exchange of the axes: It remains at this level to perform a Fourier transform inverse to a dimension along the axis nj. In order to be able to perform this transformation in a reasonable time, it is necessary to exchange the axes nj and nk beforehand. The program can then load into the main memory complete plans (ni, nj) to process them.
Dans le fichier fich calc les données sont rangées dans l'ordre suivant: Do [0,0], Do [1,0],..... Do [ fdim -1,0], Do [0,1], Do [1,1],..... Do fdim -1,1], Do [0, fdim - 1], Do [1, fdim - 1], ..... Do [fdim - 1, fdim - 1], Dl [0,0], Dt 1,0], ..... Dl [fdim - 1,0], Dt [0,1, Dt [1,1], ..... Dl fdim -1,1], Dl [0, fdim -1], Dl 1, fdim -1], ..... Dl fdim -1, fdim -1], Dfdim-1 [0,0], D fdrm-1 [10], ..... D fd,m-1 [fdim -1,0], D fdlm-l [0,1], D fd,m-t [ 1>l, ..... D f.dm-1 [.Îdim -1,1], D fdrm-1 [0> .Îdim -1], D fd,m-i [l, fdim -1], ..... D fd,m-1 fdlm -1, fdim - l In the file calc file the data are arranged in the following order: Do [0,0], Do [1,0], ..... Do [fdim -1,0], Do [0,1], Do [1,1], ..... Do fdim -1,1], Do [0, fdim - 1], Do [1, fdim - 1], ..... Do [fdim - 1, fdim - 1], Dl [0,0], Dt 1,0], ..... Dl [fdim - 1,0], Dt [0,1, Dt [1,1], ..... Dl fdim -1,1], Dl [0, fdim -1], Dl 1, fdim -1], ..... Dl fdim -1, fdim -1], Dfdim-1 [0,0], D fdrm -1 [10], ..... D fd, m-1 [fdim -1.0], D fdlm-1 [0,1], D fd, mt [1> 1, ..... D f.dm-1 [.dim -1,1], D fdrm-1 [0> .dim-1], D fd, mi [l, fdim -1], ..... D fd, m-1 fdlm -1, fdim - l
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Ce fichier est relu, et un fichier fich ech2 est généré, dans lequel les données sont réécrites dans l'ordre suivant: Do[O,O], Do[l,O],..... Dp[ fdim -1,0, Dl [0,0], Dl [1,0], ..... Dl [fdim -1,0], D fdim-1 [0,0], D fdm-1 [1>0 ..... D fdrm-1 [.%dim -1,0, D0[0,l],D0[U], Do [fdim -1,1], Dl [0,1], Dl [1,1],..... Dl [ fdim -1,1J, D fdem-i [0,1], Dfdrm-1 [hl, ..... D fd,m-1 [.Îdlm -1,1, Do [0, fdim - 1], Do [ 1, fdim -1, ..... Do [fdim - 1, fdim - 1], Dl [0, fdtm -1, Dl [1, ./w -1],..... Dl [ fdtm -1, fdim -1.
This file is read again, and a file file ech2 is generated, in which the data is rewritten in the following order: C [O, O], C [1, O], ..... Dp [fdim -1, 0, D1 [0.0], D1 [1.0], ..... D1 [fdim -1.0], D fdim-1 [0.0], D fdm-1 [1> 0 .. ... D fdrm-1 [.% Dim -1.0, D0 [0, 1], D0 [U], Do [fdim -1,1], D1 [0,1], D1 [1,1] , ..... Dl [fdim -1,1J, D fdem-i [0,1], Dfdrm-1 [hl, ..... D fd, m-1 [.Idlm -1,1, Do [0, fdim - 1], Do [1, fdim -1, ..... Cd [fdim - 1, fdim - 1], Dl [0, fdtm -1, D1 [1, ./w -1] , ..... Dl [fdtm -1, fdim -1.
D fdm-1 [0, fdim - 1], D fd,m-1 [l, fdim -1, ..... D fd,m-1 [fdim -1, fdim -1 Cet échange des axes nj et nk est effectué par blocs comme le précédent échange d'axes. La même procédure est utilisée, les paramètres à passer étant:
read~file: pointeur sur le fichier fich calc write-file: pointeur sur le fichierfich ech2 ktot : fdim jtot : fdim
itot: taille en octets d'une ligne.fdim*sizeof(complexe) ou sizeof(complexe) désigne la taille en octets d'un nombre complexe. memory~limit: comme précédemment, la taille en octets de la mémoire disponible. D fdm-1 [0, fdim-1], D fd, m-1 [l, fdim -1, ..... D fd, m-1 [fdim -1, fdim -1 This exchange of the axes nj and nk is done in blocks like the previous axis exchange. The same procedure is used, the parameters to be passed are:
read ~ file: pointer to the file calc calc write-file: pointer to the file file ech2 ktot: fdim jtot: fdim
itot: size in bytes of a line.fdim * sizeof (complex) or sizeof (complex) is the size in bytes of a complex number. memory ~ limit: as before, the size in bytes of available memory.
(1404)-Dernière transformation de Fourier Cette procédure consiste à effectuer la transformation de Fourier inverse suivant l'axe nj. Il s'agit d'un traitement itératif sur l'indice nk. L'algorithme de cette partie de programme se trouve Fig. 24. Ses étapes essentielles sont les suivantes: (1900) : le programme charge en mémoire interne les valeurs:
Dp[0, nk, D0[l, nk], Do[ fdim -1, nk, Dl [0, nk , Dl [1, nk],..... Dl [fdim - 1, nk], D f'dm-1 [0, nul, D fdrm-1 [1, nk], D fdrm-1 [.Îdim -1, nk (1404) - Last Fourier Transformation This procedure consists of performing the inverse Fourier transform along the nj axis. It is an iterative treatment on the index nk. The algorithm of this part of the program is found in Fig. 24. Its essential steps are as follows: (1900): the program loads in internal memory the values:
Dp [0, nk, D0 [l, nk], Cd [fdim -1, nk, Dl [0, nk, D1 [1, nk], .....Dl [fdim-1, nk], D f 'dm-1 [0, zero, D fdrm-1 [1, nk], D fdrm-1 [.dim -1, nk
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(1901) :Le programme génère le tableau Enk,ni à une dimension:
Enk,ni [ni] = Dnj [ni,nk] Il effectue la transformée de Fourier inverse de ce tableau, générant le tableau #nk,ni (1902) : il enregistre les résultats dans le fichier fich~rep, dans l'ordre suivant:
Enk,O [0], Enk,l [0],.... Enk, fdm-1 0], Enk,O [1], Enk,l [1],.... Enk, fdm-1 [1], Enk,O fdm -1, Énk,1 .Îdim -1, .... Énk, f'dim-1 [fdim - 1] Le fichier ainsi généré contient alors la représentation tridimensionnelle de l'objet au format U[ni,nj,nk] ou
l'élément complexe U[ni,nj,nk] est rangé dans le fichier fich rep à l'addresse (nk*fdim*fdim+nj*fdim+nt) comptée à partir du début du fichier, l'addressage se faisant par éléments de type 'nombre complexe'. (1901): The program generates the Enk array, nor to one dimension:
Enk, ni [ni] = Dnj [ni, nk] It performs the inverse Fourier transform of this array, generating the array # nk, ni (1902): it records the results in the file file ~ rep, in the order following:
Enk, O [0], Enk, l [0], .... Enk, fdm-1 0], Enk, O [1], Enk, l [1], .... Enk, fdm-1 [ 1], Enk, O fdm -1, Enk, 1 .Idim -1, .... Enk, f'dim-1 [fdim - 1] The file thus generated then contains the three-dimensional representation of the object in U format. [ni, nj, nk] or
the complex element U [ni, nj, nk] is stored in the file rep file at the address (nk * fdim * fdim + nj * fdim + nt) counted from the beginning of the file, the address being done by elements of type 'complex number'.
5.22. visualisation
Le tableau U ayant été généré, on peut en visualiser le contenu. La visualisation la plus simple consiste à en extraire une coupe, un des indices étant fixé à une valeur constante. Sur cette coupe, on peut visualiser la partie réelle, la partie imaginaire ou le module. Un autre mode de visualisation consiste à en extraire des projections. Par exemple pour une projection de la partie réelle selon 1' axe nk, on représentera le tableau V avec
V[ni,ni] = [ReU[nt,nj, nk)]2 , ou Re(x) désigne la partie réelle de x, la somme sur nk étant prise entre k deux plans 'limite' selon ce que l'on veut représenter. 5.22. visualization
The table U having been generated, we can visualize the contents. The simplest visualization consists of extracting a section, one of the indices being fixed at a constant value. On this section, we can visualize the real part, the imaginary part or the module. Another mode of visualization is to extract projections. For example, for a projection of the real part along the axis nk, we will represent the table V with
V [ni, ni] = [ReU [nt, nj, nk)] 2, where Re (x) denotes the real part of x, the sum over nk being taken between k two 'limit' planes according to what is wants to represent.
6.Description d'un second mode de réalisation. 6.Description of a second embodiment.
Ce mode de réalisation est une variante simple du premier et est représenté Fig.25. This embodiment is a simple variant of the first and is shown in FIG.
6. 1. Principe
Dans le premier mode de réalisation, le capteur (118) est dans le plan focal image de l'ensemble optique constitué de l'objectif (113) et des lentilles (115) et (117). L'onde d'éclairage plane a donc une image ponctuelle dans ce plan, et une onde de référence sphérique centrée virtuellement sur l'objet doit être utilisée pour obtenir sur le capteur (118) un éclairage homogène. Dans ce second mode de réalisation, le capteur (2018) est placé directement dans le plan image de l'objectif. Une onde d'éclairage plane n'a donc plus une image ponctuelle. L'onde de référence doit être l'image par l'objectif d'une onde plane virtuelle traversant l'objet. 6. 1. Principle
In the first embodiment, the sensor (118) is in the image focal plane of the optical assembly consisting of the objective (113) and the lenses (115) and (117). The plane illumination wave therefore has a point image in this plane, and a spherical reference wave centered virtually on the object must be used to obtain uniform illumination on the sensor (118). In this second embodiment, the sensor (2018) is placed directly in the image plane of the objective. A flat lighting wave therefore no longer has a point image. The reference wave must be the image by the objective of a virtual plane wave passing through the object.
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Une image en nombres complexes est obtenue sur le CCD (2018) à partir de trois images différant par la phase de l'onde de référence, en utilisant comme dans le premier mode de réalisation la formule
An image in complex numbers is obtained on the CCD (2018) from three images differing by the phase of the reference wave, using as in the first embodiment the formula
La transformée de Fourier bidimensionnelle de cette image donne une image en nombres complexes équivalente à celle qui, dans le premier mode de réalisation, était obtenue directement dans le plan du capteur CCD. Cette image remplace donc l'image directement obtenue sur le capteur dans le premier mode de réalisation. Pour le reste, ce mode de réalisation utilise les mêmes principes que le premier. The two-dimensional Fourier transform of this image gives an image in complex numbers equivalent to that which, in the first embodiment, was obtained directly in the plane of the CCD sensor. This image therefore replaces the image directly obtained on the sensor in the first embodiment. For the rest, this embodiment uses the same principles as the first.
6. 2. Description matérielle. 6. 2. Physical description.
Le système est représenté Fig.25. Les éléments de cette figure, identiques à ceux de la Fig. 1, sont numérotés en remplaçant le premier chiffre 1 des éléments de la Fig.lpar le chiffre 20. Par exemple (116) devient (2016). Ce système est semblable à celui utilisé dans le premier mode de réalisation, à ceci près que: -le dispositif d'atténuation contrôlée du faisceau, constitué des éléments (104) et (105) est supprimé. The system is shown in Fig.25. The elements of this figure, identical to those of FIG. 1, are numbered by replacing the first digit 1 of the elements of FIG. 1 by the number 20. For example (116) becomes (2016). This system is similar to that used in the first embodiment, except that: the controlled attenuation device of the beam consisting of the elements (104) and (105) is removed.
-le CCD (2018) est placé dans le plan ou se trouvait précédemment le diaphragme (114). Par conséquence les éléments (114) (117) (115) sont supprimés. the CCD (2018) is placed in the plane where the diaphragm (114) was previously located. As a result, the elements (114) (117) (115) are deleted.
- L'image virtuelle, après réflexion sur le miroir semi-transparent (2016), du point de focalisation du faisceau issu de la lentille (2023), doit être située sur l'axe optique et dans le plan focal image de l'objectif (2013). Les éléments (2023) (2022)(2021)(2016) sont donc déplacés de manière à satisfaire cette condition. - The virtual image, after reflection on the semi-transparent mirror (2016), of the focusing point of the beam coming from the lens (2023), must be located on the optical axis and in the image focal plane of the objective (2013). The elements (2023) (2022) (2021) (2016) are thus moved to satisfy this condition.
-Sur le capteur CCD (2018) , la taille de cellule de base (distance entre les points centraux de deux pixels voisins) doit être inférieure à #/2 g/ouv, ou ouv désigne l'ouverture numérique de l'objectif, ;, la longueur 2 ouv d'onde dans le vide du laser utilisé, g le grandissement. Par exemple, pour un objectif xlOO d'ouverture 1,25 on trouve 25 micromètres. On peut utiliser un objectif modifié pour avoir un grandissement x50, de manière à obtenir 12 micromètres, ce qui permet d'utiliser une caméra courante de pas 10 micromètres de manière plus optimale qu'avec un objectif xlOO. On the CCD sensor (2018), the base cell size (distance between the center points of two neighboring pixels) must be less than # / 2 g / rev, or op denotes the numerical aperture of the lens,; , the length 2 wavelength in the vacuum of the laser used, g the magnification. For example, for an aperture x 100 aperture 1.25 we find 25 micrometers. A modified lens can be used to have x50 magnification, so as to obtain 12 micrometers, which makes it possible to use a current camera of 10 micrometer steps more optimally than with a x100 lens.
-La lentille (2023) est montée sur un positionneur permettant une translation suivant l'axe du faisceau entrant dans cette lentille. -The lens (2023) is mounted on a positioner allowing a translation along the axis of the beam entering the lens.
6. 3.réglages: vue d'ensemble
Dans le mode de réalisation précédent, l'image reçue sur le capteur était dans le domaine fréquentiel. Une image dans le domaine spatial pouvait si nécessaire être obtenue à partir de celle-ci par transformée de Fourier bidimensionnelle inverse, ce qui était réalisé par le programme de focalisation décrit Fig. 14. Dans ce second mode de réalisation, l'image reçue sur le capteur est dans le domaine spatial et une image dans le domaine fréquentiel peut être obtenue par transformée de Fourier. 6. 3.settings: overview
In the previous embodiment, the image received on the sensor was in the frequency domain. An image in the spatial domain could if necessary be obtained from it by inverse two-dimensional Fourier transform, which was achieved by the focusing program described in FIG. 14. In this second embodiment, the image received on the sensor is in the spatial domain and an image in the frequency domain can be obtained by Fourier transform.
A chaque fois que l'image bidimensionnelle en fréquence reçue directement sur le capteur CCD (118) était utilisée, il faut maintenant utiliser la transformée de Fourier bidimensionnelle de l'image reçue Whenever the two-dimensional frequency image received directly on the CCD sensor (118) was used, it is now necessary to use the two-dimensional Fourier transform of the received image
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sur le capteur CCD (2018), qui constitue une image en fréquences qui peut par exemple avoir une dimension de 256x256 pixels carrés. Inversement, le programme de focalisation doit être remplacé par un programme de visualisation directe de l'image reçue sur le capteur CCD. on the CCD sensor (2018), which constitutes a frequency image which may for example have a dimension of 256x256 square pixels. Conversely, the focus program must be replaced by a program for directly viewing the image received on the CCD sensor.
Le dispositifd'atténuation du faisceau étant supprimé, une seule image doit être utilisée au lieu de deux dans les étapes ou ce dispositifétait utilisé. As the beam attenuation device is suppressed, only one image should be used instead of two in the steps where this device was used.
La caméra (2019) est fixe. Le réglage de position de cette caméra selon l'axe optique est remplacé par un réglage de position de la lentille (2023) suivant l'axe du faisceau entrant dans cette lentille. Le réglage de position de la caméra dans le plan orthogonal à l'axe optique est remplacé par un réglage angulaire du miroir (2016). The camera (2019) is fixed. The position adjustment of this camera along the optical axis is replaced by a position adjustment of the lens (2023) along the axis of the beam entering this lens. The position adjustment of the camera in the plane orthogonal to the optical axis is replaced by an angular adjustment of the mirror (2016).
Pour le reste, le mode opératoire est semblable au système précédent. Les étapes de réglage et les programmes utilisés sont détaillées ci-après:
6. 4. Programme d'usage courant :
En plus des programmes décrits en 5. 5. on utilise un programme de visualisation de l'image en fréquence. Ce programme remplace en général le programme de visualisation directe utilisé dans le premier mode de réalisation, qui permettait d'observer une image dans le domaine fréquentiel. Pour utiliser ce programme, une onde de référence doit être utilisée, alors que dans le programme de visualisation directe utilisé dans le premier mode de réalisation, elle n'était pas nécessaire. Lorsque ce programme est utilisé, il faut éviter les vibrations et donc lâcher au moins provisoirement le dispositif de focalisation s'il est utilisé, ou attendre l'absorption des vibrations avant chaque image lorsque les moteurs pas à pas sont utilisés. For the rest, the operating mode is similar to the previous system. The adjustment steps and the programs used are detailed below:
6. 4. Program in common use:
In addition to the programs described in 5. 5. a program of visualization of the frequency image is used. This program generally replaces the direct visualization program used in the first embodiment, which made it possible to observe an image in the frequency domain. To use this program, a reference wave must be used, whereas in the direct visualization program used in the first embodiment, it was not necessary. When this program is used, it is necessary to avoid vibrations and thus release at least temporarily the focusing device if it is used, or to wait for the vibration absorption before each image when the stepper motors are used.
Ce programme est semblable au programme de focalisation décrit en 5.14 et dont l'algorithme se trouve Fig.14. Il est modifié comme suit:
L'étape (1000) d'acquisition d'image, détaillée Fig. 13, est modifiée comme indiqué Fig.26, afin de tenir compte de l'abscence du dispositif d'atténuation de faisceau. This program is similar to the focusing program described in 5.14 and whose algorithm is Fig.14. It is amended as follows:
The step (1000) of image acquisition, detailed FIG. 13, is modified as shown in Fig.26, in order to take into account the absence of the beam attenuation device.
L'étape (1001) est supprimée. Step (1001) is deleted.
L'étape (1002) est modifiée pour tenir compte de l'abscence du tableau H. Pour chaque pixel, la valeur est générée selon les équations suivantes:
Step (1002) is modified to take into account the absence of table H. For each pixel, the value is generated according to the following equations:
Lors de l'étape (1002) le programme limite le tableau S à des dimensions de hpix x hpix mais n'effectue pas de moyennage. In step (1002) the program limits the array S to dimensions hpix x hpix but does not perform averaging.
L'étape (1004) est remplacée par une transformée de Fourier directe. Step (1004) is replaced by a direct Fourier transform.
Lors de l'étape (1005), le programme affiche l'intensité, correspondant au carré du module des éléments du tableau S transformé, ainsi que la valeur maximale de cette intensité, les coordonnées du point correspondant et le rapport entre l'intensité de ce point et la somme des intensités de ses huit voisins. During step (1005), the program displays the intensity, corresponding to the square of the module of the elements of the transformed array S, as well as the maximum value of this intensity, the coordinates of the corresponding point and the ratio between the intensity of the this point and the sum of the intensities of its eight neighbors.
Ce programme permet d'apprécier la ponctualité et l'aspect général d'une image en fréquence. Par contre, pour apprécier la non-saturation (qui doit être vérifiée dans presque toutes les étapes, ce qui ne sera This program makes it possible to appreciate the punctuality and the general appearance of a frequency image. On the other hand, to appreciate the unsaturation (which must be verified in almost all stages, which will not be
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plus rappelé) on continue d'utiliser les programmes décrits en 5. 5., la non-saturation devant être vérifiée directement sur le capteur CCD (2018). more reminded) we continue to use the programs described in 5. 5., the unsaturation to be verified directly on the CCD sensor (2018).
6. 5. réglage de la position du laser (2000) et du miroir (2021)
Cette étape est semblable à l'étape décrite en 5.6. 6. 5. adjustment of the position of the laser (2000) and the mirror (2021)
This step is similar to the step described in 5.6.
6.6. réglage des tensions de commande de l'actuateur piézoélectrique
Le procédé est identique à celui décrit en 5.12. , à ceci près qu'il n'y a pas de réglage du diaphragme (114) supprimé et que la position de (2009) est réglée de manière à maximiser l'intensité reçue sur le capteur. Le fait que l'image reçue directement par le capteur soit dans le domaine spatial n'affecte pas le résultat. 6.6. adjustment of the control voltages of the piezoelectric actuator
The process is identical to that described in 5.12. , except that there is no adjustment of the diaphragm (114) removed and the position of (2009) is set to maximize the intensity received on the sensor. The fact that the image received directly by the sensor is in the spatial domain does not affect the result.
6.7. réglage du niveau de l'onde de référence. 6.7. adjusting the level of the reference wave.
Cette étape est identique à celle décrite en 5.11, le niveau de l'onde de référence étant mesuré sur l'image directe. This step is identical to that described in 5.11, the level of the reference wave being measured on the direct image.
6. 8. réglage de la position de (2023) (2002) (2016):
Ce réglage est semblable à celui décrit en 5. 7. Le programme de visualisation directe est remplacé par le programme de visualisation de l'image en fréquence décrit en 6. 4., pour lequel la présence de l'onde de référence est nécessaire. Le réglage de position de la caméra selon l'axe optique est remplacé par un réglage de position de la lentille (2023) suivant l'axe du faisceau entrant dans cette lentille. Le réglage de position de la caméra dans le plan orthogonal à l'axe optique est remplacé par un réglage angulaire du miroir (2016). 6. 8. Position adjustment of (2023) (2002) (2016):
This setting is similar to that described in 5. 7. The direct visualization program is replaced by the visualization program of the frequency image described in 6. 4., for which the presence of the reference wave is necessary. The position adjustment of the camera along the optical axis is replaced by a position adjustment of the lens (2023) along the axis of the beam entering this lens. The position adjustment of the camera in the plane orthogonal to the optical axis is replaced by an angular adjustment of the mirror (2016).
6. 9. réglage de la position du condenseur (2011). 6. 9. setting the position of the condenser (2011).
Ce réglage est semblable à celui décrit en 5. 8. mais c'est l'image en fréquence qui doit être observée et non l'image directe. This setting is similar to that described in 5. 8. but it is the frequency image that must be observed and not the direct image.
6. 10. réglage de la position de la lentille (2006). 6. 10. adjusting the position of the lens (2006).
Il est semblable à celui décrit en 5. 9. mais c'est l'image en fréquence qui permet d'apprécier la ponctualité. It is similar to that described in 5. 9. but it is the image in frequency which makes it possible to appreciate the punctuality.
6. 11. détermination du nombre de pas par pixel. 6. 11. determining the number of steps per pixel.
Cette étape est semblable à celle décrite en 5.10, mais le pixel d'intensité maximale est observé sur l'image en fréquence. This step is similar to that described in 5.10, but the maximum intensity pixel is observed on the frequency image.
6. 12. obtention de la constante K. 6. 12. obtaining the constant K.
Cette étape est effectuée sur le même principe que celle décrite en 5.14. mais elle est modifiée pour tenir compte de l'inversion entre image directe et image en fréquence. This step is performed on the same principle as that described in 5.14. but it is modified to take into account the inversion between direct image and image in frequency.
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Pour obtenir l'image du micromètre, l'objectifest d'abord mis en position à peu près focalisée, le micromètre ayant été introduit comme objet. Le programme de visualisation directe de l'image reçue sur le CCD est lancé, en l'abscence d'onde de référence. Le diaphragme en (2007) doit être ajusté pour que la zone observée apparaisse uniformément éclairé. Le micromètre est déplacé sous l'objectifjusqu'à ce qu'on obtienne une image de celui-ci. In order to obtain the image of the micrometer, the objective is first placed in a nearly focused position, the micrometer having been introduced as an object. The program for direct viewing of the image received on the CCD is launched, in the absence of a reference wave. The diaphragm in (2007) must be adjusted so that the observed area appears uniformly illuminated. The micrometer is moved under the lens until you get an image of it.
L'objectif de microscope est alors déplacé par le dispositif de focalisation de manière à obtenir une image correctement focalisée. Pour faciliter la focalisation, on a intérêt à visualiser une partie du micromètre ou des traits de différentes longueurs sont présents. Ceci limite les 'fausses focalisations' dues à des phénomènes d'interférences en avant du micromètre. The microscope objective is then moved by the focusing device so as to obtain a properly focused image. To facilitate focusing, it is advantageous to visualize a portion of the micrometer or lines of different lengths are present. This limits 'false focus' due to interference phenomena in front of the micrometer.
Lorsque une bonne image a été obtenue, le programme est arrêté et l'image obtenue est utilisée pour obtenir la distance en nombre de pixels entre deux traits, de la même manière qu'en 5.14. Si la distance entre deux graduations séparées par Dreel micromètres est sur l'image ainsi obtenue de Dpix pixels, si l'indice nominal des objectifs est nv (en général, nv est proche de 1,5) et si la longueur d'onde du laser dans le vide est;' (# =0,633micromètres) et si le nombre de points de la transformée de Fourier qui n., N sera utilisée pour l'acquisition d'image est N (N=256) alors on a: K = nv N Dreel , ou bien entendu # Dpix Dreel et ;, sont dans la même unité. When a good image has been obtained, the program is stopped and the image obtained is used to obtain the distance in number of pixels between two lines, in the same way as in 5.14. If the distance between two graduations separated by Dreel micrometers is on the image thus obtained from pixels Dpix, if the nominal index of the objectives is nv (in general, nv is close to 1.5) and if the wavelength of the laser in the vacuum is; (# = 0.633 micrometers) and if the number of points of the Fourier transform that n, N will be used for image acquisition is N (N = 256) then we have: K = nv N Dreel, or heard # Dpix and Dreel, are in the same unit.
6. 13. réglage du diaphragme:
Cette étape est semblable à celle décrite en 5.15. mais le programme de focalisation est remplacé par une visualisation directe de l'image reçue sur le capteur en l'abscence d'onde de référence. 6. 13. diaphragm adjustment:
This step is similar to that described in 5.15. but the focusing program is replaced by a direct visualization of the image received on the sensor in the absence of a reference wave.
6.14. ajustement de la position du condenseur, obtention des caractéristiques du cercle Cette étape est semblable à celle décrite en 5.16, mais l'étape (1103) est modifiée : image en fréquence est acquise de la même manière que dans le programme de visualisation de l'image en fréquence décrit en 6.4. Le carré du module des éléments du tableau S est pris comme 'image' et remplace l'image directe utilisée en 5.16. Pour obtenir cette image en fréquence, l'onde de référence doit être utilisée et un temps d'attente permettant l'amortissement des vibrations des moteurs doit être introduit avant chaque acquisition, ce qui rend cette étape particulièrement longue. Il est donc important d'utiliser un condenseur de bonne qualité pour simplifier cette étape. 6.14. adjustment of the position of the condenser, obtaining the characteristics of the circle This step is similar to that described in 5.16, but the step (1103) is modified: frequency image is acquired in the same way as in the visualization program of the frequency image described in 6.4. The square of the module of the elements of table S is taken as 'image' and replaces the direct image used in 5.16. To obtain this image in frequency, the reference wave must be used and a waiting time allowing the damping of the vibrations of the motors must be introduced before each acquisition, which makes this step particularly long. It is therefore important to use a good quality condenser to simplify this step.
6. 15. enregistrement de l'onde de référence:
Cette étape est semblable à celle décrite en 5.17. L'onde de référence seule est enregistrée sur l'image directe. 6. 15. recording of the reference wave:
This step is similar to that described in 5.17. The reference wave only is recorded on the live image.
6. 16. focalisation sur l'objet étudié. 6. 16. focus on the object studied.
Cette étape est simplifiée, le programme spécifique de focalisation étant remplacé par un programme de visualisation directe de l'image reçue sur le capteur CCD en l'abscence d'onde de référence. This step is simplified, the specific focusing program being replaced by a program for direct viewing of the image received on the CCD sensor in the absence of a reference wave.
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6. 17. ajustement du rayon R. 6. 17. adjustment of radius R.
Cette étape est semblable à celle décrite en 5.19 mais avec les modifications précisées en 6.14. This step is similar to that described in 5.19 but with the modifications specified in 6.14.
6. 18. acquisition de l'image. 6. 18. acquisition of the image.
Cette étape est semblable à celle décrite en 5. 20 mais les modifications suivantes doivent être prise en compte: -étape (1302) : est remplacée par l'acquisition d'images décrite Fig.26 -étape (1303) supprimée. This step is similar to that described in 5. but the following modifications must be taken into account: step (1302): is replaced by the acquisition of images described in Fig.26-step (1303) removed.
-étape (1304) modifiée: la représentation S[i,j] de nombres complexes est générée en affectant à chaque point la valeur suivante:
puis en effectuant la transformée de Fourier du tableau S. step (1304) modified: the representation S [i, j] of complex numbers is generated by assigning each point the following value:
then performing the Fourier transform of Table S.
6.19. étape de calcul:
Cette étape est identique à celle décrite en 5.21. 6.19. calculation step:
This step is identical to that described in 5.21.
6. 20. visualisation: cette étape est identique à celle décrite en 5.22
7. Description d'un troisième mode de réalisation. 6. 20. visualization: this step is identical to that described in 5.22
7. Description of a third embodiment.
Ce mode de réalisation est plus complexe et plus coûteux que les précédents mais il permet des performances supérieures en termes de définition et de rapidité. This embodiment is more complex and more expensive than the previous ones but it allows superior performance in terms of definition and speed.
7. 1. Principe. 7. 1. Principle.
Ce mode d'acquisition permet une amélioration des performances du mode 1 de la manière suivante : - augmentation de la vitesse d'acquisition d'images:
Dans le premier mode de réalisation, cette vitesse est limitée par le mouvement mécanique des moteurs pas à pas et la nécessité d'attendre jusqu'à absorption des vibrations induites après chaque mouvement. Le mode de réalisation présent permet d'accélérer cette prise d'images en remplaçant ce système mécanique par un système optique de déflection du faisceau, basé sur des cristaux liquides et n'induisant pas de déplacements mécaniques dans le système. This acquisition mode makes it possible to improve the performance of the mode 1 as follows: - increase in the image acquisition speed:
In the first embodiment, this speed is limited by the mechanical movement of the stepper motors and the need to wait until absorption of the vibrations induced after each movement. The present embodiment makes it possible to accelerate this image taking by replacing this mechanical system by an optical beam deflection system, based on liquid crystals and not inducing mechanical displacements in the system.
- amélioration de la précision:
Dans le premier mode de réalisation, la précision est limitée par l'impossibilité d'adopter toutes les directions possibles pour le faisceau d'éclairage et par la non prise en compte de l'onde réfléchie. Le mode de réalisation présent utilise un système à deux objectifs. L'éclairage se fait alors par l'intermédiaire d'un - improvement of accuracy:
In the first embodiment, the accuracy is limited by the impossibility of adopting all the possible directions for the lighting beam and by not taking into account the reflected wave. The present embodiment uses a dual purpose system. The lighting is then done through a
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objectif, ce qui permet au vecteur fréquence de l'onde d'éclairage de varier sur l'ensemble des deux portions de sphère limitées par l'ouverture de chaque objectif. De plus, l'onde réfléchie retraverse l'objectif d'éclairage et peut être prise en compte. objective, which allows the frequency vector of the illumination wave to vary over all of the two sphere portions limited by the opening of each lens. In addition, the reflected wave crosses the lighting objective and can be taken into account.
Dans le premier mode de réalisation, les variations d'intensité de l'onde diffractée en fonction de la direction de polarisation de l'onde d'éclairage ne sont pas pris en compte, ce qui entraîne des erreurs dans la mesure des fréquences élevées. Dans le mode de réalisation présent, des rotateurs de polarisation permettent de faire varier la direction de polarisation de l'onde d'éclairage et la direction d'analyse de l'onde diffractée. Un algorithme prend en compte l'ensemble des mesures ainsi obtenues pour obtenir des représentations fréquentielles dans lesquelles la dépendance de l'onde diffractée par rapport à la polarisation de l'onde d'éclairage a été supprimée. In the first embodiment, the intensity variations of the diffracted wave as a function of the polarization direction of the illumination wave are not taken into account, which leads to errors in the measurement of high frequencies. In the present embodiment, polarization rotators are used to vary the polarization direction of the illumination wave and the direction of analysis of the diffracted wave. An algorithm takes into account all the measurements thus obtained to obtain frequency representations in which the dependence of the diffracted wave with respect to the polarization of the illumination wave has been suppressed.
-compensation de l'aberration sphérique:
Dans les modes de réalisation précédents l'indice moyen dans l'échantillon observé doit être proche de l'indice nominal de 1' objectif. Dans le cas contraire, la différence entre l'indice moyen de l'échantillon et l'indice nominal de l'objectif se traduit par une aberration sphérique qui limite fortement l'épaisseur de l'échantillon observable. Dans ce nouveau mode de réalisation, la configuration matérielle et les algorithmes employés permettent de compenser les différences de phase induites par l'indice moyen de l'échantillon et d'annuler cette aberration sphérique. -compensation of spherical aberration:
In the foregoing embodiments the average index in the observed sample should be close to the nominal index of the objective. In the opposite case, the difference between the average index of the sample and the nominal index of the objective results in a spherical aberration which strongly limits the thickness of the observable sample. In this new embodiment, the hardware configuration and the algorithms used make it possible to compensate for the phase differences induced by the average index of the sample and to cancel this spherical aberration.
Le paragraphe 7. 2. décrit matériellement le microscope utilisé. Paragraph 7. 2. materially describes the microscope used.
Ce microscope fait l'objet d'un ensemble de réglages préliminaires effectués en l'abscence de l'échantillon observé et qui n'ont normalement pas à être répétés lorsque l'échantillon observé est modifié: - Le réglage de position des différents éléments du système est effectué comme décrit au paragraphe 7. 4. This microscope is the subject of a set of preliminary adjustments made in the abscence of the sample observed and which do not normally have to be repeated when the observed sample is modified: - The position adjustment of the various elements of the microscope system is performed as described in paragraph 7. 4.
- Le module de l'onde de référence est déterminé comme décrit au paragraphe 7.4. - The modulus of the reference wave is determined as described in paragraph 7.4.
- Les paramètres Kp, équivalents au paramètre K utilisé dans le premier mode de réalisation, sont déterminés de la manière décrite au paragraphe 7.6. The parameters Kp, equivalent to the parameter K used in the first embodiment, are determined in the manner described in paragraph 7.6.
- Les caractéristiques des faisceaux d'éclairage utilisés sont déterminées comme décrit au paragraphe 7.9. - The characteristics of the lighting beams used are determined as described in paragraph 7.9.
- Les tableaux d'indices de commande sont déterminés comme décrit au paragraphe 7.13. - The order index tables are determined as described in paragraph 7.13.
Après introduction de l'échantillon, le microscope fait l'objet d'un second ensemble de réglages: - La position des objectifs est réglée comme décrit au paragraphe 7.10. After introducing the sample, the microscope is subject to a second set of adjustments: - The position of the objectives is set as described in paragraph 7.10.
- Les coordonnées relatives x,y,z des points d'origine des faisceaux de référence associés à chaque objectif, ainsi que l'indice moyen no de l'échantillon et son épaisseur L, sont détermminés comme décrit au paragraphe 7.11. Cette détermination suppose l'utilisation d'un algorithme spécifique décrit au paragraphe 7. 8., utilisant des équations établies au paragraphe 7. 7. Une version simplifiée de cet algorithme est également utilisée au paragraphe 7.9. - The relative coordinates x, y, z of the reference beam reference points associated with each objective, as well as the average sample number and its thickness L, are determined as described in paragraph 7.11. This determination assumes the use of a specific algorithm described in paragraph 7. 8., using equations established in paragraph 7. 7. A simplified version of this algorithm is also used in clause 7.9.
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- La valeur w0 caractérisant la position de l'échantillon est calculée comme décrit au paragraphe 7.15. La détermination de cette valeur fait appel à une procédure d'acquisition d'images décrite au paragraphe 7. 12. et à des équations établies au paragraphe 7. 14. Simultanément, un premier réglage de la position de l'échantillon est effectué comme indiqué au paragraphe 7.15.3. - The value w0 characterizing the position of the sample is calculated as described in paragraph 7.15. The determination of this value uses an image acquisition procedure described in paragraph 7. 12. and equations established in paragraph 7. 14. Simultaneously, a first adjustment of the position of the sample is performed as indicated in paragraph 7.15.3.
- La fonction de compensation des aberrations, sous la forme de tableaux Dp, est obtenue comme décrit au paragraphe 7.16. - The aberration compensation function, in the form of tables Dp, is obtained as described in paragraph 7.16.
Lorsque ces réglages préliminaires ont été effectués, la procédure d'obtention de représentations tridimensionnelles peut être lancée. Cette procédure est décrite en 7.17. Elle fait appel à la procédure d'acquisition d'images décrite en 7.12. et utilise le tableau Dp déterminé en 7.16. En répétant indéfiniment cette procédure, on peut obtenir une succession de représentations tridimensionnelles caractérisant l'évolution temporelle de l'échantillon observé. Il est nécessaire de régler de position de l'échantillon pour que la représentation obtenue soit celle d'une zone d'intérêt de l'échantillon. Ce réglage est effectué comme indiqué en 7. 17.3. et peut impliquer une répétition des étapes préliminaires de calcul de w0 et Dp décrites respectivement en 7. 15.2. et en 7.16. When these preliminary adjustments have been made, the procedure for obtaining three-dimensional representations can be started. This procedure is described in 7.17. It uses the image acquisition procedure described in 7.12. and uses the table Dp determined in 7.16. By indefinitely repeating this procedure, one can obtain a succession of three-dimensional representations characterizing the temporal evolution of the observed sample. It is necessary to adjust the position of the sample so that the representation obtained is that of an area of interest of the sample. This adjustment is made as indicated in 7. 17.3. and may involve a repetition of the preliminary steps of computing w0 and Dp described respectively in 7. and in 7.16.
Diverses variantes des algorithmes et des réglages effectués sont décrites en 7. 18. Beaucoup de réglages peuvent être supprimés si les conditions y sont favorables, par exemple si l'indice et l'épaisseur de l'échantillon sont connus à l'avance. Various variants of the algorithms and settings made are described in 7. 18. Many settings can be removed if the conditions are favorable, for example if the index and the thickness of the sample are known in advance.
Un mode de conception des objectifs de microscope, spécifiquement adapté à ce microscope, est décrit au paragraphe 7.19. A method of designing microscope objectives, specifically adapted to this microscope, is described in paragraph 7.19.
7. 2. description matérielle. 7. 2. material description.
7. 2.1. vue d'ensemble
Les Fig. 27 et 28 constituent une vue d'ensemble du système. La plus grande partie du système, représentée sur la Fig.27, se trouve dans un plan horizontal et est supportée par une table optique. 7. 2.1. overview
Figs. 27 and 28 provide an overview of the system. Most of the system, shown in Fig.27, is in a horizontal plane and is supported by an optical table.
Cependant, les deux objectifs de microscope utilisés doivent être positionnés sur un axe vertical (2263) pour pouvoir utiliser un échantillon (2218) positionné horizontalement. L'axe (2263) est à l'intersection de deux plans verticaux définis en outre par leurs axes horizontaux (2261) et (2262). Ces axes horizontaux peuvent faire entre eux un angle de 0 degrés, 90 degrés ou 180 degrés. La figure 28 représente en partie une coupe selon le plan vertical défini par (2261) et en partie une coupe selon le plan vertical défini par (2262). However, the two microscope objectives used must be positioned on a vertical axis (2263) to be able to use a horizontally positioned sample (2218). The axis (2263) is at the intersection of two vertical planes defined further by their horizontal axes (2261) and (2262). These horizontal axes can make an angle between them of 0 degrees, 90 degrees or 180 degrees. Figure 28 shows in part a section along the vertical plane defined by (2261) and partly a section along the vertical plane defined by (2262).
Le faisceau issu d'un laser (2200) polarisé dans le sens vertical va être dérivé en quatre faisceaux alimentant les chaînes optiques droite et gauche associés aux deux objectifs du microscope. Ces quatre faisceaux sont désignés sur le schéma et dans le texte par les sigles suivants: - FRD faisceau de référence droit. The beam from a laser (2200) vertically polarized will be derived into four beams feeding the right and left optical chains associated with the two objectives of the microscope. These four beams are indicated on the diagram and in the text by the following abbreviations: - FRD reference beam right.
- FRG : de référence gauche. - FRG: left reference.
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- FED : d'éclairage droit. - EDF: straight lighting.
- FEG : d'éclairage gauche. - FEG: left lighting.
Chacun de ces faisceaux sera divisé par la suite en un faisceau principal, que l'on notera comme le faisceau d'origine, et un faisceau indicateur inverse. Les faisceaux indicateurs inverse seront notés FRDI, FRGI,FEDI,FEGI. Each of these beams will subsequently be divided into a main beam, which will be noted as the original beam, and a reverse indicator beam. The reverse indicator beams will be denoted FRDI, FRGI, FEDI, FEGI.
Le faisceau est issu du laser (2200) et a son vecteur champ électrique dirigé selon un axe orthogonal au plan de la figure. Il traverse un élargisseur de faisceau (2201) puis est séparé en un faisceau d'éclairage et un faisceau de référence par un miroir semi-transparent (2202). Le faisceau d'éclairage traverse un diaphragme (2248), un filtre (2203) puis un dispositif d'atténuation de faisceau (2204), un dispositif de décalage de phase (2205), un dispositif de déviation du faisceau. (2206) qui permet de faire varier la direction de ce faisceau parallèle. Il est ensuite dévié par un miroir semi-transparent (2207) qui sépare un faisceau d'éclairage droit et un faisceau d'éclairage gauche, destinés à éclairer l'échantillon dans deux sens opposés. Le faisceau d'éclairage droit FED est dévié par un miroir (2208), traverse un dispositif de déviation de faisceau et de commutation (2209), un rotateur de phase (2210), et est séparé par un miroir semi-transparent (2211) en un faisceau d'éclairage principal et un faisceau indicateur inverse. Le faisceau d'éclairage principal traverse ensuite un achromat (2212), un diaphragme (2213), est réfléchi sur un miroir (2214) le renvoyant vers le haut, puis sur des miroirs (2215) et (2216), et traverse l'objectif (2217) pour aller éclairer l'échantillon (2218). Après traversée de l'échantillon, il traverse l'objectif (2219), est réfléchi par les miroirs (2220) (2221) (2222), puis traverse le diaphragme (2223), l'achromat (2224), le miroir semi- transparent (2225), le rotateur de phase (2226), l'achromat (2227), le miroir semi-transparent (2228) et le polariseur (2253) et est reçu par le capteur CCD (2229). The beam is derived from the laser (2200) and has its vector electric field directed along an axis orthogonal to the plane of the figure. It passes through a beam expander (2201) and is separated into a lighting beam and a reference beam by a semi-transparent mirror (2202). The illumination beam passes through a diaphragm (2248), a filter (2203) and then a beam attenuation device (2204), a phase shift device (2205), a beam deflection device. (2206) which makes it possible to vary the direction of this parallel beam. It is then deflected by a semi-transparent mirror (2207) which separates a right light beam and a left light beam, intended to illuminate the sample in two opposite directions. The right illumination beam FED is deflected by a mirror (2208), passes through a beam deflection and switching device (2209), a phase rotator (2210), and is separated by a semi-transparent mirror (2211). in a main lighting beam and a reverse indicator beam. The main illumination beam then passes through an achromat (2212), a diaphragm (2213), is reflected on a mirror (2214) upwards, then on mirrors (2215) and (2216), and passes through the objective (2217) to illuminate the sample (2218). After crossing the sample, it passes through the objective (2219), is reflected by the mirrors (2220) (2221) (2222), then passes through the diaphragm (2223), the achromat (2224), the semi-circular mirror. transparent (2225), the phase rotator (2226), the achromat (2227), the semitransparent mirror (2228) and the polarizer (2253) and is received by the CCD sensor (2229).
Les deux objectifs (2217) et (2219) doivent avoir leur axe optique (2263) vertical pour que l'huile optique nécessaire pour les utiliser ne coule pas. Les miroirs (2214) (2215) (2216) (2220) (2221) (2222) ont pour utilité de dévier le faisceau pour que celui-ci puisse traverser les objectifs dans un sens vertical. La Fig. 28 représente une coupe selon les axes (2262) et (2263), articulée autour de l'axe optique (2263). Both lenses (2217) and (2219) must have their optical axis (2263) vertical so that the optical oil needed to use them does not flow. The mirrors (2214) (2215) (2216) (2220) (2221) (2222) serve to deflect the beam so that it can pass through the lenses in a vertical direction. Fig. 28 shows a section along the axes (2262) and (2263) articulated around the optical axis (2263).
La Fig. 29 est une représentation du trajet optique des rayons lumineux entre l'objectif (2219) désigné par 'OM' et le capteur CCD (2229) désigné par 'CCD'. Les miroirs, miroirs semi-transparents et rotateur de phase ont été omis sur la figure mais influent sur la position des divers éléments. Les rayons se propagent le long d'un axe optique représenté 'droit',qui en réalité cesse d'être rectiligne entre les plans P2 et P1, zone ou il est défléchi par des miroirs (2220) (2221) (2222) pour aborder l'objectif dans un plan vertical. La partie gauche de la figure représente le trajet optique de rayons qui sont parallèles dans l'échantillon étudié, et la partie droite en vis-à-vis le trajet optique de rayons issus d'un point dans la zone observée. L'achromat (2224) est désigné par 'L1', le diaphragme (2223) par 'D', l'achromat (2227) par 'L2'. f1 est la distance focale de L1, f2 est la distance focale de L2. P1 est le plan dans lequel focalisent des rayons entrant parallèles dans l'objectif (plan focal image). Ce plan doit coincider avec le plan focal objet de l'achromat (Ll) pour qu'un rayon parallèle en entrée de l'objectif soit également parallèle entre les achromats L1 et L2. P2 est le plan dans lequel se forme l'image de l'échantillon observé. C'est dans ce plan que doit être positionné le diaphragme (D). P3 est l'image virtuelle du plan P2 par l'achromat Ll. P3 doit Fig. 29 is a representation of the optical path of the light rays between the objective (2219) designated by 'OM' and the CCD sensor (2229) designated by 'CCD'. Mirrors, semi-transparent mirrors and phase rotators have been omitted from the figure but influence the position of the various elements. The rays propagate along an optical axis represented 'right', which actually stops being rectilinear between the planes P2 and P1, where it is deflected by mirrors (2220) (2221) (2222) to approach the goal in a vertical plane. The left part of the figure represents the optical path of rays which are parallel in the studied sample, and the right part opposite the optical path of rays coming from a point in the observed zone. The achromat (2224) is designated by 'L1', the diaphragm (2223) by 'D', the achromat (2227) by 'L2'. f1 is the focal length of L1, f2 is the focal length of L2. P1 is the plane in which focus parallel incoming rays into the lens (image focal plane). This plane must coincide with the focal plane object of the achromat (Ll) so that a parallel ray at the entrance of the lens is also parallel between the achromats L1 and L2. P2 is the plane in which the image of the observed sample is formed. It is in this plane that the diaphragm (D) must be positioned. P3 is the virtual image of plane P2 by the achromat Ll. P3 must
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coincider avec le plan focal objet de L2 de manière à ce qu'un rayon issu d'un point central de l'objet observé, formant une image ponctuelle dans P2, parvienne au CCD sous la forme d'un rayon parallèle. P6 est le plan focal image de L2. C'est dans ce plan que doit être placé le CCD, de manière à ce qu'un rayon parallèle en entrée de l'objectif forme une image ponctuelle sur le CCD. coincide with the object focal plane of L2 so that a ray from a central point of the object observed, forming a point image in P2, reaches the CCD in the form of a parallel ray. P6 is the image focal plane of L2. It is in this plane that the CCD must be placed, so that a parallel ray at the entrance of the lens forms a point image on the CCD.
Le trajet optique des rayons entre l'objectif (2217) et le capteur (2239) est symétrique du précédent. The optical path of the rays between the objective (2217) and the sensor (2239) is symmetrical with the preceding one.
Le faisceau de référence séparé par le miroir (2202) est réfléchi par (2233), traverse un filtre (2234), et un miroir semi-transparent (2235) le transformant en une partie gauche et une partie droite. La partie gauche est réfléchie par les miroirs (2254) (2236) , traverse le filtre complémentaire (2255), le dispositif de décalage de phase (2251) et le diaphragme (2250) puis atteint le miroir semi-transparent (2228) qui la sépare en un faisceau principal et un faisceau indicateur inverse. Le faisceau principal est dirigé vers le CCD (2229). The reference beam separated by the mirror (2202) is reflected by (2233), passes through a filter (2234), and a semi-transparent mirror (2235) transforming it into a left part and a right part. The left part is reflected by the mirrors (2254) (2236), passes through the complementary filter (2255), the phase shift device (2251) and the diaphragm (2250) then reaches the semi-transparent mirror (2228) which separates into a main beam and a reverse indicator beam. The main beam is directed to the CCD (2229).
Le faisceau d'éclairage et le faisceau de référence ont tous deux des faisceaux indicateurs inverse ayant mêmes caractéristiques que le faisceau principal mais se dirigeant dans le sens opposé. L'indicateur inverse FRGI du faisceau de référence FRG, issu du miroir semi-transparent (2228), traverse l'achromat (2281) et est focalisé sur un miroir (2282) qui le réfléchit. Il retraverse alors l'achromat (2281) qui le rend à nouveau parallèle puis il est à nouveau réfléchi par le miroir semi-transparent (2228). Il a alors la même direction (mais en sens opposé) que le faisceau de référence dirigé vers le capteur CCD (2229). De même. l'indicateur inverse FRDI du faisceau d'éclairage FRD, issu du miroir semi-transparent (2211), est focalisé par l'achromat (2231) sur le miroir (2232). Celui-ci le réfléchit, et après une nouvelle réflection sur le miroir semi-transparent (2211) il a la direction opposée à celle du faisceau d'éclairage principal dirigé vers l'objectif (2217). Both the lighting beam and the reference beam have reverse indicator beams having the same characteristics as the main beam but pointing in the opposite direction. The FRGI inverse indicator of the reference beam FRG, resulting from the semi-transparent mirror (2228), passes through the achromat (2281) and is focused on a mirror (2282) which reflects it. It then crosses the achromat (2281) which makes it parallel again and is again reflected by the semi-transparent mirror (2228). It then has the same direction (but in the opposite direction) as the reference beam directed towards the CCD sensor (2229). Similarly. the FRDI reverse indicator of the FRD light beam, derived from the semi-transparent mirror (2211), is focused by the achromat (2231) on the mirror (2232). The latter reflects it, and after a new reflection on the semi-transparent mirror (2211) it has the opposite direction to that of the main light beam directed towards the objective (2217).
L'ensemble du dispositifest symétrique sur le plan optique par rapport à l'objet observé. Il existe donc un faisceau d'éclairage gauche ayant un rôle symétrique par rapport au faisceau d'éclairage droit, et un faisceau de référence droit ayant un rôle symétrique de celui du faisceau de référence gauche. The entire device is optically symmetrical with respect to the observed object. There is therefore a left lighting beam having a role symmetrical with respect to the right light beam, and a right reference beam having a role symmetrical to that of the left reference beam.
Le faisceau d'éclairage gauche FEG, issu du miroir semi-transparent (2207), est réfléchi sur les miroirs (2280) et (2283) puis traverse le dispositif de déviation et de commutation (2240) équivalent à (2209). Il traverse ensuite le rotateur de polarisation (2241) puis est séparé par le miroir semi-transparent (2225) en un faisceau principal qui se dirige vers l'objectif de microscope (2219), et un faisceau indicateur inverse FEGI qui traverse l'achromat (2242), est focalisé sur le miroir (2243) et finalement réfléchi à nouveau sur (2225). The left illumination beam FEG, resulting from the semi-transparent mirror (2207), is reflected on the mirrors (2280) and (2283) then passes through the deflection and switching device (2240) equivalent to (2209). It then passes through the polarization rotator (2241) and is separated by the semitransparent mirror (2225) into a main beam that points to the microscope objective (2219), and a FEGI inverse indicator beam that passes through the achromat (2242), is focused on the mirror (2243) and finally reflected back on (2225).
Le faisceau de référence droit FRD, issu du miroir semi-transparent (2235), est réfléchi par le miroir (2244) et traverse le filtre complémentaire (2256). Le miroir semi-transparent (2245) le sépare en un faisceau principal qui traverse le polariseur (2252) et atteint le CCD (2239), et un faisceau indicateur inverse FRDI qui traverse l'achromat (2246) et est focalisé sur le miroir (2247), puis retourne vers le miroir semi-transparent (2245) qui le réfléchit en direction de l'objectif (2217). The right reference beam FRD, derived from the semi-transparent mirror (2235), is reflected by the mirror (2244) and passes through the complementary filter (2256). The semi-transparent mirror (2245) separates it into a main beam that passes through the polarizer (2252) and reaches the CCD (2239), and an FRDI reverse indicator beam that passes through the achromat (2246) and is focused on the mirror ( 2247), then returns to the semi-transparent mirror (2245) which reflects it towards the lens (2217).
Les polariseurs (2252) et (2253) sont des plaques peu épaisses constituées d'une feuille dichroïque maintenue entre deux vitres de verre. The polarizers (2252) and (2253) are thin plates consisting of a dichroic sheet held between two glass panes.
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Les zones (2274) (2275) (2276) (2277), délimitées par des pointillés sur le dessin, correspondent à des parties du système entièrement immergées dans de l'huile optique. Une telle zone constitue donc un récipient étanche contenant les éléments optiques visibles sur le dessin. L'entrée et la sortie du faisceau dans ce récipient se font par des fenêtres traitées antiréfléchissant sur leur face externe. Ceci permet de limiter les défauts liés à la taille des verres utilisés dans les différents dispositifs y étant inclus. Zones (2274) (2275) (2276) (2277), delimited by dashed lines in the drawing, correspond to parts of the system fully immersed in optical oil. Such an area therefore constitutes a sealed container containing the optical elements visible in the drawing. The entry and the exit of the beam in this container are made by anti-reflective treated windows on their external face. This makes it possible to limit the defects related to the size of the glasses used in the various devices included therein.
Les CCD (2239) et (2229) sont intégrés à des caméras (2284) et (2230) elles-mêmes fixées à des positionneurs trois axes permettant d'en ajuster la position suivant l'axe (2264) et suivant les deux axes orthogonaux à (2264), ainsi qu'en rotation autour de l'axe (2264). Les achromats (2227) (2224) (2212) (2237) (2246) (2231) (2242) (2281) sont fixés à des positionneurs un axe permettant un réglage fin de la position dans le sens de l'axe (2264). Les miroirs (2282) (2243) (2232) (2247) sont fixés à des positionneurs permettant un ajustement de leur orientation. Les diaphragmes (2213) et (2223) sont réglables et fixés à des positionneurs deux axes permettant d'en régler la position dans le plan orthogonal à (2264). Les miroirs semi-transparents (2225) (2228) (2211) (2245) sont fixés à des positionneurs permettant d'en régler l'orientation. Les miroirs (2214) et (2222) sont fixés à des positionneurs permettant d'en régler l'orientation. L'objectif de microscope (2219) est fixé à un positionneur 2 axes permettant de le déplacer dans un plan orthogonal à l'axe (2263). L'objectif (2217) est fixé à un dispositif de focalisation permettant de le déplacer suivant l'axe (2263). L'ensemble du système est fabriqué avec la plus grande précision possible dans le positionnement des divers éléments. The CCDs (2239) and (2229) are integrated with cameras (2284) and (2230) themselves attached to three-axis positioners for adjusting their position along the axis (2264) and along the two orthogonal axes. to (2264), and in rotation about the axis (2264). The achromats (2227) (2224) (2212) (2237) (2246) (2231) (2242) (2281) are attached to positioners an axis allowing fine adjustment of the position in the direction of the axis (2264) . The mirrors (2282) (2243) (2232) (2247) are attached to positioners allowing adjustment of their orientation. The diaphragms (2213) and (2223) are adjustable and fixed to two-axis positioners to adjust their position in the plane orthogonal to (2264). The semi-transparent mirrors (2225) (2228) (2211) (2245) are attached to positioners to adjust their orientation. Mirrors (2214) and (2222) are attached to positioners to adjust their orientation. The microscope objective (2219) is attached to a 2-axis positioner for moving it in a plane orthogonal to the axis (2263). The objective (2217) is fixed to a focusing device for moving it along the axis (2263). The entire system is manufactured with the greatest precision possible in the positioning of the various elements.
Les miroirs (2247) (2232) (2243) (2282) sont équipés d'obturateurs manuels (2257) (2258) (2259) (2260) permettant de supprimer les faisceaux réfléchis par ces miroirs. Les faisceaux FRD et FRG peuvent être supprimés en utilisant des filtres complètement opaques. The mirrors (2247) (2232) (2243) (2282) are equipped with manual shutters (2257) (2258) (2259) (2260) for removing the beams reflected by these mirrors. FRD and FRG beams can be removed using completely opaque filters.
L'échantillon (2218) est constitué de deux lamelles d'épaisseur stantard (150 m) entre lesquelles se trouve en fine couche (50 à 100 m) la substance à observer. Cet échantillon est fixé à une lame plus épaisse de manière à ce que celle-ci n'empêche pas l'accès de l'échantillon par les objectifs. L'ensemble est fixé à un positionneur 3 axes en translation. The sample (2218) consists of two slats of stantard thickness (150 m) between which is in a thin layer (50 to 100 m) the substance to be observed. This sample is attached to a thicker blade so that it does not prevent the sample from being accessed by the lenses. The assembly is fixed to a positioner 3 axes in translation.
Les objectifs utilisés peuvent par exemple être des objectifs plan achromatiques d'ouverture numérique ouv=1,25 et de grandissement g=100 formant l'image à 160mm du col de l'objectif. Toutefois, il est préférable d'utiliser des objectifs spécialement conçus, décrits au paragraphe 7.19. The objectives used may be, for example, achromatic plan objectives of numerical aperture op = 1.25 and magnification g = 100 forming the image at 160mm from the neck of the objective. However, it is preferable to use specially designed lenses, described in paragraph 7.19.
Les achromats (2212) (2237) (2224) (2227) (2246) (2231) (2242) (2281) peuvent avoir par exemple la même distance focale f = f1 = f2 = 200mm
Les capteurs CCD utilisés doivent avoir des pixels carrés et une zone utile carrée dont le coté a
pour longueur D = 2 f2 ouv , le nombre de pixels étant N plX x N pix avec par exemple N p,x =256
Les dispositifs de contrôle du faisceau (2204) (2205) (2206) (2209) (2240) (2251) (2210) (2241) (2226) (2238) sont tous pilotés par des rotateurs de phase commandés par des tensions bipolaires. La commande de ces dispositifs doit être synchronisée avec l'acquisition des images par la caméra. La caméra peut être une caméra rapide de type analyseur de mouvement, dotée d'une mémoire suffisante, disponible par exemple chez Kodak. Le système de calcul est un ordinateur doté d'une mémoire suffisante pour stocker The achromats (2212) (2237) (2224) (2227) (2246) (2231) (2242) (2281) can have for example the same focal length f = f1 = f2 = 200mm
The CCD sensors used must have square pixels and a square useful area whose side has
for length D = 2 f2 open, the number of pixels being N plX x N pix with for example N p, x = 256
The beam control devices (2204) (2205) (2206) (2209) (2240) (2251) (2210) (2241) (2226) (2238) are all driven by phase rotators controlled by bipolar voltages. The control of these devices must be synchronized with the acquisition of images by the camera. The camera can be a fast camera of the motion analyzer type, with sufficient memory, available for example from Kodak. The computing system is a computer with enough memory to store
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les tableaux tridimensionnels nécessaires. Des machines ayant par exemple 8Go de mémoire sont disponibles chez Digital Equipment. the necessary three-dimensional arrays. Machines having for example 8GB of memory are available at Digital Equipment.
Les filtres en (2203) (2234) (2255) (2256) permettent de régler l'intensité des différents faisceaux. The filters (2203) (2234) (2255) (2256) make it possible to adjust the intensity of the different beams.
Comme dans le premier mode de réalisation, leurs valeurs doivent être fréquemment ajustés pendant les différents réglages et pendant l'utilisation du microscope. Ces ajustements se font de manière similaire à ce qui était fait dans le premier mode de réalisation et ne seront pas rappelés. Ils ont également pour rôle de limiter l'intensité des faisceaux qui se dirigent en sens opposé à la normale et tendent à retourner vers le laser (2200), pendant certaines opérations de réglage. As in the first embodiment, their values must be frequently adjusted during the various settings and during the use of the microscope. These adjustments are similar to what was done in the first embodiment and will not be recalled. They also have the role of limiting the intensity of the beams that are moving in the opposite direction to normal and tend to return to the laser (2200), during certain adjustment operations.
7.2.2.Dispositif d'atténuation de faisceau:
Le dispositifd'atténuation est représenté Fig. 30. Il est constitué d'un rotateur de phase (2501) désigné 'RI' sur la figure, d'un polariseur Glan-Thomson (2502) désigné 'POLI', d'un second rotateur (2503) désigné 'R2', et d'un second polariseur (2504) désigné 'POL2'. Le faisceau entrant dans le dispositif est polarisé verticalement. L'angle de l'axe neutre de (2501) avec la verticale est 0 pour une tension bipolaire appliquée aux bornes du dispositif de-5V et est tourné d'un angle a par application d'une tension de +5V, avec a = 22 degrés environ. L'axe neutre du rotateur (2503) est caractérisé par les mêmes angles, mais par rapport à l'horizontale et non à la verticale. Le polariseur (2502) sélectionne le sens de polarisation horizontal. Le polariseur (2504) sélectionne le sens de polarisation vertical. 7.2.2.A beam attenuation device:
The attenuation device is shown in FIG. 30. It consists of a phase rotator (2501) designated 'RI' in the figure, a Glan-Thomson polarizer (2502) designated 'POLI', a second rotator (2503) designated 'R2', and a second polarizer (2504) designated 'POL2'. The beam entering the device is vertically polarized. The angle of the neutral axis of (2501) with the vertical is 0 for a bipolar voltage applied across the device of -5V and is rotated by an angle a by application of a voltage of + 5V, with a = About 22 degrees. The neutral axis of the rotator (2503) is characterized by the same angles, but with respect to the horizontal and not to the vertical. The polarizer (2502) selects the horizontal polarization direction. The polarizer (2504) selects the vertical polarization direction.
La Fig.31 illustre le fonctionnement de la partie du dispositif constituée de (2501) et (2502) pour une tension appliquée de-5V. Elle représente en trait gras le vecteur champ électrique (2505) du faisceau en entrée du dispositif, dans un repère constitué de l'axe de polarisation vertical (2506) et de l'axe de polarisation horizontal (2507). Le passage par le rotateur RI (2501) fait tourner ce vecteur d'un angle 2# et il est donc transformé en (2508). Le passage par le polariseur POLI (2502) constitue une projection sur l'axe horizontal. En sortie de ce polariseur, le vecteur champ électrique (2509) du faisceau est donc horizontal et son amplitude a été multipliée par un facteur sin(2#). Fig.31 illustrates the operation of the portion of the device consisting of (2501) and (2502) for an applied voltage of -5V. It represents in bold line the electric field vector (2505) of the input beam of the device, in a reference consisting of the vertical polarization axis (2506) and the horizontal polarization axis (2507). The passage by the rotator RI (2501) rotates this vector by an angle 2 # and is thus transformed into (2508). The passage through the polarizer POLI (2502) is a projection on the horizontal axis. At the output of this polarizer, the electric field vector (2509) of the beam is therefore horizontal and its amplitude has been multiplied by a factor sin (2 #).
La figure 32 illustre le fonctionnement de la partie du dispositif constituée de (2501) et (2502) pour une tension appliquée de +5V. L'axe neutre de RI ayant été tourné d'un angle a, le vecteur champ électrique est tourné d'un angle total 2([alpha] +#) et l'amplitude du champ électrique en sortie est multipliée par sin(2#+2[alpha]). Figure 32 illustrates the operation of the portion of the device consisting of (2501) and (2502) for an applied voltage of + 5V. Since the neutral axis of RI has been rotated by an angle α, the electric field vector is rotated by a total angle 2 ([alpha] + #) and the amplitude of the output electric field is multiplied by sin (2 # 2 [alpha]).
Le facteur d'atténuation entre les positions 'ouverte' (+5V) et 'fermée' (-5V) est donc de
si 20) sin2a + 26 expression qui s'inverse en:
The attenuation factor between the 'open' (+ 5V) and 'closed' (-5V) positions is therefore
if 20) sin2a + 26 expression that reverses in:
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Par exemple pour a = 1/16 eta = 22 on trouve 6 = 1,30
16 La seconde partie du dispositif , constituée de (2503) et (2504), fonctionne exactement comme la première, à ceci près qu'elle prend en entrée un faisceau polarisé horizontalement et délivre en sortie un faisceau polarisé verticalement. Le facteur d'atténuation a2 de cette seconde partie est donc donné par la même formule que a1 et on règlera les deux parties du dispositif de façon à avoir dans chaque partie la même atténuation (ou à peu près). Du fait de disparités de réglage entre les deux parties du dispositif, a2 et a, ne sont cependant pas rigoureusement égaux en pratique. For example for a = 1/16 eta = 22 we find 6 = 1.30
The second part of the device, consisting of (2503) and (2504), operates exactly like the first, except that it takes a horizontally polarized beam input and outputs a vertically polarized beam. The attenuation factor a2 of this second part is thus given by the same formula as a1 and the two parts of the device will be adjusted so as to have in each part the same attenuation (or approximately). Due to differences in adjustment between the two parts of the device, a2 and a, however, are not strictly equal in practice.
La commande d'atténuation se fait selon la table ci-dessous, ou V1 désigne la tension bipolaire appliquée à (2501) et V2 celle appliquée à (2503).
The attenuation command is made according to the table below, where V1 denotes the bipolar voltage applied to (2501) and V2 that applied to (2503).
<tb>
<tb> <Tb>
<Tb>
VI <SEP> V2 <SEP> atténuation
<tb> -5V <SEP> -5V <SEP> a1 <SEP> a2
<tb> -5V <SEP> +5V <SEP> a1
<tb> +5V <SEP> -5V <SEP> a2
<tb> +5V <SEP> +5V <SEP> 1
<tb> VI <SEP> V2 <SEP> attenuation
<tb> -5V <SEP> -5V <SEP> a1 <SEP> a2
<tb> -5V <SEP> + 5V <SEP> a1
<tb> + 5V <SEP> -5V <SEP> a2
<tb> + 5V <SEP> + 5V <SEP> 1
<Tb>
7.2.3.Dispositif de décalage de phase:
Ce dispositifest constitué de deux unités identiques placées l'une à la suite de l'autre. Une unité est constituée comme indiquée Fig.33. 7.2.3. Phase shift device:
This device consists of two identical units placed one after the other. A unit is constituted as shown in Fig.33.
Le faisceau polarisé verticalement en entrée du dispositif traverse d'abord un rotateur de phase (2601) désigné par 'RI' puis une lame biréfringente uniaxe (2602) désignée par 'LP', puis un second rotateur de phase (2603) désigné par 'R2' et un polariseur (2604) désigné par 'POL'. Les deux positions de l'axe neutre de chaque rotateur sont disposées de manière symétrique par rapport à un axe vertical. Les positions des deux rotateurs correspondant à une même tension de commande sont du même coté de l'axe vertical : pour une tension de -5V elles sont représentées en traits pointillés, pour une tension de +5V elles sont représentées en traits pleins. De même, les deux axes de la lame biréfringente sont disposés symétriquement par rapport à cet axe vertical (le troisième axe étant dans le sens de propagation du faisceau). La Fig. 34 montre l'état du vecteur champ électrique du faisceau à chaque étape de la traversée du dispositif, pour une tension de -5V appliquée à chaque rotateur. The vertically polarized beam at the input of the device first passes through a phase rotator (2601) designated by 'RI' and then a uniaxial birefringent plate (2602) designated by 'LP', then a second phase rotator (2603) designated by ' R2 'and a polarizer (2604) designated' POL '. The two positions of the neutral axis of each rotator are arranged symmetrically with respect to a vertical axis. The positions of the two rotators corresponding to the same control voltage are on the same side of the vertical axis: for a voltage of -5V they are represented in dotted lines, for a voltage of + 5V they are represented in solid lines. Similarly, the two axes of the birefringent plate are arranged symmetrically with respect to this vertical axis (the third axis being in the direction of propagation of the beam). Fig. 34 shows the state of the electric field vector of the beam at each step of the crossing of the device, for a voltage of -5V applied to each rotator.
La Fig. 35 reprend la Fig. 34 en précisant les valeurs des angles entre les différents vecteurs et les déphasages entre ces vecteurs et le vecteur en entrée du dispositif. La Fig. 36 reprend la Fig. 34 en précisant les valeurs des angles entre les différents vecteurs et l'atténuation sur chaque vecteur. Fig. Fig. 34 by specifying the values of the angles between the different vectors and the phase shifts between these vectors and the input vector of the device. Fig. 36 shows FIG. 34 by specifying the values of the angles between the different vectors and the attenuation on each vector.
Le vecteur champ électrique (2605) en entrée du dispositif est vertical. Après traversée du rotateur RI (2601) il est symétrisé par rapport à l'axe neutre (2606) de ce rotateur, ce qui donne le vecteur (2607). The electric field vector (2605) at the input of the device is vertical. After crossing the rotator RI (2601) it is symmetrized with respect to the neutral axis (2606) of this rotator, which gives the vector (2607).
Après traversée de la lame biréfringente, le vecteur (2607), représenté en pointillés, est décomposé en deux composantes (2608) et (2609) correspondant à chaque axe neutre de la lame. La composante (2609) est After crossing the birefringent plate, the vector (2607), shown in dashed lines, is decomposed into two components (2608) and (2609) corresponding to each neutral axis of the blade. The component (2609) is
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affectée d'un décalage de phase 2 et est réduite en amplitude d'un facteur cos 4 - [alpha]). La composante
(2608) est affectée d'un décalage de phase - - et est réduite en amplitude d'un facteur sin 4 -aJ . Après traversée du rotateur (2603) l'ensemble est symétrisé par rapport à l'axe neutre (2612) de ce rotateur. (2608) est transformé en (2611), (2609) est transformé en (2610). Après traversée du polariseur (2604), ces deux composantes sont projetées sur un axe vertical. La composante (2610) est multipliée par un facteur cos # - [alpha]) et a donc été affectée globalement par un facteur cos2 (#/4- [alpha]). La composante (2611 ) est multipliée par un facteur Si{: - [alpha]) et a donc été affectée globalement par un facteur sin2 (#/4- a) . Les deux sont ensuite ajoutées pour donner une composante unique (2615) de valeur:
ou # est la pulsation de l'onde, t est le temps. On vérifie :
v = cos(w/) cos 2 +sin( wt) sin # sin(2a) 2 @ @ 2 soit en représentation complexe:
c = cos# + j sin sin( 2a ) Si # est l'argument de c alors on a:
On cherche a créer un décalage de phase de 9 = 60 dans une position des rotateurs et 0 = -60 dans la position symétrique, ce qui correspond à un décalage de phase total de 120 degrés. L'équation ci-dessus permet de déterminer la valeur du décalage de phase total # créé par la lame entre ses deux axes neutres. affected by a phase shift 2 and is reduced in amplitude by a cos factor 4 - [alpha]). The component
(2608) is affected by a phase shift - - and is reduced in amplitude by a factor sin 4 -aJ. After crossing the rotator (2603) the assembly is symmetrized relative to the neutral axis (2612) of this rotator. (2608) is converted to (2611), (2609) is converted to (2610). After traversing the polarizer (2604), these two components are projected on a vertical axis. The component (2610) is multiplied by a factor cos # - [alpha]) and has therefore been globally affected by a factor cos2 (# / 4- [alpha]). The component (2611) is multiplied by a factor Si {: - [alpha]) and has therefore been assigned globally by a factor sin2 (# / 4- a). Both are then added to give a single valued component (2615):
where # is the pulsation of the wave, t is the time. We check:
v = cos (w /) cos 2 + sin (wt) sin # sin (2a) 2 @ @ 2 be in complex representation:
c = cos # + j sin sin (2a) If # is the argument of c then we have:
It is sought to create a phase shift of 9 = 60 in a rotator position and 0 = -60 in the symmetrical position, which corresponds to a total phase shift of 120 degrees. The equation above allows to determine the value of the total phase shift # created by the blade between its two neutral axes.
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Avec 9 = 60 et a = 40 degrés on obtient: rp =120,7566 degrés. Il faut donc utiliser une lame uniaxe créant pour la longueur d'onde considérée une différence de phase de 120,75 degrés entre ses deux axes. With 9 = 60 and a = 40 degrees we get: rp = 120.7566 degrees. It is therefore necessary to use a uniaxial blade creating for the wavelength considered a phase difference of 120.75 degrees between its two axes.
Les deux axes de la lame n'ont pas un rôle symétrique. Si ##1 est le décalage de phase à la traversée de la lame pour un rayon polarisé suivant l'axe i, il n'existe qu'un seul choix des axes 1 et 2 tel que ##l - ##2 = +120 degrés. La lame uniaxe doit être orientée de manière à ce que le rotateur (2601) fasse tourner la polarisation du rayon incident vers l'axe 2 quant il est soumis à une tension bipolaire de - 5V. The two axes of the blade do not have a symmetrical role. If ## 1 is the phase shift at the crossing of the blade for a radius polarized along the axis i, there is only one choice of axes 1 and 2 such that ## l - ## 2 = + 120 degrees. The uniaxial blade should be oriented so that the rotator (2601) rotates the polarization of the incident ray towards the axis 2 when it is subjected to a bipolar voltage of -5V.
Le dispositifde décalage de phase étant constitué de deux unités de ce type, soit Vy la tension appliquée au i-ième rotateur duj-ième dispositif (i etj variant de 1 à 2). La commande du système de décalage de phase se fait selon le tableau suivant:
Vil vu V21 ''22 aecaiage -5V -5V -5V -5V 0 SV 5V -5V -5V + 120 -5V -5V 5V 5V + 120 1 5V 1 5V 1 5V 1 5V 1 les autres combinaisons étant inusitées. The phase shift device is constituted by two such units, ie Vy the voltage applied to the i-th rotator of the th-th device (i and j ranging from 1 to 2). The control of the phase shift system is done according to the following table:
Vil seen V21 ''22 aecaiage -5V -5V -5V -5V 0 SV 5V -5V -5V + 120 -5V -5V 5V 5V + 120 1 5V 1 5V 1 5V 1 5V 1 the other combinations being unusual.
7. 2.4. Déviateur de faisceau
Le déviateur de faisceau est représenté sur les Fig. 37 et 38. Son unité de base est un bloc élémentaire de variation constitué des éléments (2801) à (2804). 7. 2.4. Beam diverter
The beam deflector is shown in Figs. 37 and 38. Its basic unit is an elementary block of variation consisting of elements (2801) to (2804).
Un bloc élémentaire de variation est constitué d'un premier rotateur (2801) noté 'RI ' suivi d'un prisme biréfringent (2802) noté 'PD' (prisme de déviation) puis d'un second rotateur (2803) noté 'R2' et d'un polariseur de Glan-Thomson (2804) noté 'POL'. Le rotateur (2801) a son axe neutre dans le sens vertical pour une tension appliquée de -5V. Pour la même tension appliquée, le rotateur (2803) a son axe neutre dans le sens horizontal. Le prisme (2802) est constitué d'un matériau biréfringent, calcite ou quartz La direction de polarisation du rayon extraordinaire (premier axe neutre) est par exemple dans le sens vertical, et la direction de polarisation du rayon ordinaire (second axe neutre) est dans le sens horizontal. An elementary block of variation consists of a first rotator (2801) denoted 'RI' followed by a birefringent prism (2802) noted 'PD' (deviation prism) then a second rotator (2803) noted 'R2' and a Glan-Thomson polarizer (2804) denoted as 'POL'. The rotator (2801) has its neutral axis in the vertical direction for an applied voltage of -5V. For the same applied voltage, the rotator (2803) has its neutral axis in the horizontal direction. The prism (2802) consists of a birefringent, calcite or quartz material. The polarization direction of the extraordinary ray (first neutral axis) is for example in the vertical direction, and the polarization direction of the ordinary ray (second neutral axis) is in the horizontal direction.
Un rayon incident sur ce prisme est donc divisé en un rayon ordinaire polarisé dans le sens vertical et un rayon extraordinaire polarisé dans le sens horizontal. Le rayon ordinaire et le rayon extraordinaire ont une inclinaison différente en sortie du prisme (angle de leur direction de propagation avec celle du faisceau entrant). An incident ray on this prism is therefore divided into an ordinary ray polarized in the vertical direction and an extraordinary ray polarized in the horizontal direction. The ordinary ray and the extraordinary ray have a different inclination at the exit of the prism (angle of their direction of propagation with that of the incoming beam).
Les Fig. 39et 40 illustrent le fonctionnement de ce bloc élémentaire de variation. La Fig. 3 correspond à une déviation dans un sens et la Fig.40 à une déviation dans l'autre sens. Les flèches en gras représentent les vecteurs champ électrique des faisceaux considérés. Figs. 39 and 40 illustrate the operation of this elementary block of variation. Fig. 3 corresponds to a deviation in one direction and Fig. 40 to a deviation in the other direction. The arrows in bold represent the electric field vectors of the beams considered.
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Dans le cas de la Fig. 39, les tensions appliquées aux deux rotateurs sont respectivement -5V pour (2801) et +5V pour (2803). Le vecteur champ électrique du faisceau entrant est vertical (2901). Après traversée du premier rotateur dont l'axe neutre (2902) est vertical, il reste vertical (2903). Après traversée du prisme de déviation il est constitué du seul rayon extraordinaire (2904). Après traversée du second rotateur il est symétrisé par rapport à l'axe (2906) de ce rotateur, qui fait lui-même un angle de 40 degrés avec l'horizontale (on a supposé pour le dessin que a.=40 mais le résultat ne dépend pas de l'exactitude de cette valeur). Il est donc transformé en un vecteur ( 2905) faisant un angle de 10 degrés avec l'horizontale. In the case of FIG. 39, the voltages applied to the two rotators are respectively -5V for (2801) and + 5V for (2803). The electric field vector of the incoming beam is vertical (2901). After crossing the first rotator whose neutral axis (2902) is vertical, it remains vertical (2903). After crossing the deviation prism it is made up of the only extraordinary ray (2904). After crossing the second rotator it is symmetrical with respect to the axis (2906) of this rotator, which itself makes an angle of 40 degrees with the horizontal (it was assumed for the drawing that a = 40 but the result does not depend on the accuracy of this value). It is thus transformed into a vector (2905) making an angle of 10 degrees with the horizontal.
Le polariseur projette ce vecteur sur l'horizontale pour obtenir le vecteur (2907) dont la déviation correspond au seul rayon extraordinaire. The polarizer projects this vector on the horizontal to obtain the vector (2907) whose deviation corresponds to the only extraordinary ray.
Dans le cas de la Fig. 40, les tensions appliquées aux deux rotateurs sont respectivement +5V pour (2801) et -5V pour (2803). Le vecteur champ du faisceau entrant est vertical (2911). Après traversée du premier rotateur il est symétrisé par rapport à l'axe (2912) de ce rotateur, qui fait lui-même un angle de 40 avec la verticale. Il est donc transformé en un vecteur (2913) faisant un angle de 10 degrés avec l'horizontale. Après traversée du prisme de déviation, le faisceau est décomposé en un faisceau extraordinaire de vecteur champ (2914) et un faisceau ordinaire de vecteur champ (2915). Après traversée du second rotateur, d'axe horizontal, le vecteur champ du faisceau extraordinaire est symétrisé par rapport à l'horizontale et devient (2916). Le polariseur sélectionne alors la seule composante horizontale et le vecteur sortant (2917) correspond donc au seul rayon ordinaire. In the case of FIG. 40, the voltages applied to the two rotators are respectively + 5V for (2801) and -5V for (2803). The field vector of the incoming beam is vertical (2911). After crossing the first rotator it is symmetrized with respect to the axis (2912) of this rotator, which itself makes an angle of 40 with the vertical. It is thus transformed into a vector (2913) making an angle of 10 degrees with the horizontal. After traversing the deflection prism, the beam is decomposed into an extraordinary field vector beam (2914) and an ordinary field vector beam (2915). After traversing the second rotator, with a horizontal axis, the field vector of the extraordinary beam is symmetrized with respect to the horizontal and becomes (2916). The polarizer then selects the only horizontal component and the outgoing vector (2917) thus corresponds to the single ordinary ray.
Un bloc élémentaire complet est représenté par le rectangle (2805), la direction du champ du faisceau entrant étant représentée par la flèche (2806). Le bloc (2807) est identique mais tourné de 90 degrés par rapport à un axe horizontal de sorte que la direction du champ du faisceau entrant est horizontale (2808). L'ensemble des deux blocs dorme un doublet élémentaire (2809) permettant une déviation élémentaire du faisceau dans les directions horizontale et verticale. Comme indiqué sur la Fig.38, l'ensemble du déviateur est constitué de huit doublets élémentaires successifs. Cependant, afin de disposer d'un système de commutation efficace, le dernier doublet (numéroté 0) est placé sur la partie du faisceau ou les faisceau d'éclairage gauche et droit ont déjà été séparés. Deux doublets identiques (DO) et (DOb) sont donc utilisés, un sur chaque branche du faisceau. Lorsque une tension de -5V est appliquée à ses deux rotateurs, un bloc élémentaire agit comme un commutateur fermé. Le dernier doublet peut donc commuter efficacement le faisceau, une tension de -5V devant être appliquée à tous ses rotateurs pour avoir un commutateur fermé. A complete elementary block is represented by the rectangle (2805), the direction of the field of the incoming beam being represented by the arrow (2806). The block (2807) is identical but rotated 90 degrees to a horizontal axis so that the direction of the incoming beam field is horizontal (2808). The set of two blocks forms an elemental doublet (2809) allowing elementary beam deflection in the horizontal and vertical directions. As shown in Fig. 38, the set of deflector consists of eight successive elementary doublets. However, in order to have an efficient switching system, the last doublet (numbered 0) is placed on the part of the beam where the left and right lighting beams have already been separated. Two identical doublets (DO) and (DOb) are used, one on each branch of the beam. When a voltage of -5V is applied to both rotators, an elementary block acts as a closed switch. The last doublet can thus effectively switch the beam, a voltage of -5V to be applied to all its rotators to have a closed switch.
Le bloc (2209) sur la Fig. 27 représente donc le doublet DOb. Le bloc (2240) représente le doublet DO. Le bloc (2206) représente les doublets DlàD7. Block (2209) in FIG. 27 therefore represents the doublet DOb. The block (2240) represents the doublet DO. The block (2206) represents the doublets D1 to D7.
Le type de cristal dans lequel est fabriqué le prisme et l'angle entre ses deux faces déterminent l'angle de variation de l'inclinaison du faisceau entre les deux positions d'un doublet élémentaire. The type of crystal in which the prism is made and the angle between its two faces determine the angle of variation of the inclination of the beam between the two positions of an elemental doublet.
On adopte les notations suivantes: nl: indice du liquide d'immersion utilisé pour le dispositif de déviation de faisceau. o : ouverture de l'objectif The following notations are adopted: nl: index of the immersion liquid used for the beam deflection device. o: opening the lens
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A : ouverture du faisceau en entrée du dispositifde déviation, à peu près égale à sa valeur au niveau du diaphragme ou se forme l'image. A est défini comme le sinus du demi-angle au sommet du cône formé par les rayons provenant de l'objectif. g : grandissement de l'objectif. d : distance entre les plans P2 et P4 de la Fig.29. f1: distance focale de la lentille L1 sur la Fig.29. A: opening of the beam at the input of the deflection device, approximately equal to its value at the diaphragm where the image is formed. A is defined as the sine of the half-angle at the apex of the cone formed by the rays coming from the objective. g: magnification of the objective. d: distance between planes P2 and P4 of Fig.29. f1: focal length of the lens L1 in Fig.29.
La relation d'Abbe et la résolution des équations optiques donne:
A=o/nlg (1-d/f1)
La Fig.41 montre le principe du calcul de la déviation par le prisme des rayons ordinaires. Le rayon (2922) pénètre dans le prisme (2921) et en ressort en (2923). The relation of Abbe and the resolution of the optical equations gives:
A = o / nlg (1-d / f1)
Fig. 41 shows the principle of calculating the deviation by the prism of ordinary radii. The ray (2922) enters the prism (2921) and comes out in (2923).
#d est l'angle au sommet du prisme de déviation. #d is the angle at the top of the deviation prism.
#e est l'angle du faisceau extraordinaire sortant avec la face extérieure du prisme. #e is the angle of the extraordinary beam coming out with the outer face of the prism.
#o est l'angle du faisceau ordinaire sortant avec la face extérieure du prisme. ne est l'indice extraordinaire du prisme de déviation. no est l'indice ordinaire du prisme de déviation.
#o is the angle of the ordinary beam coming out with the outer face of the prism. is the extraordinary index of the deviation prism. no is the ordinary index of the deviation prism.
On a: sin 0, 0 = sin () et de même pour le rayon extraordinaire: sin 9e = e sin 9d d'ou: ni ni sin8e -sin9 = ne n sinBd nl soit au premier ordre en (#e - #o):
( () e - () 0 ) cos() d = ne - no . sm() Le i-ième doublet doit créer une variation de l'inclinaison d'amplitude:
0, -0, = A = 2t Le demi-angle au sommet du i-ième prisme vaut donc:
=ArctanL-!##1 () d Arc -ne - no) soit avec la valeur de A précédemment obtenue:
9a d = ArctaJ J..! 0 (1- )) @ (2l g ne -no (@- f1) Dans cette équation il faut prendre en compte les valeurs suivantes: quartz : ne - no =0,009 calcite : ne - no =-0,172 We have: sin 0, 0 = sin () and likewise for the extraordinary radius: sin 9e = e sin 9d where: ni nor sin8e -sin9 = ne n sinBd nl is first order in (#e - #o ):
(() e - () 0) cos () d = ne - no. sm () The i-th doublet must create a variation of the amplitude tilt:
0, -0, = A = 2t The half-angle at the apex of the i-th prism is therefore:
= ArctanL -! ## 1 () d Arc -ne - no) with the value of A previously obtained:
9a d = ArctaJ J ..! 0 (1-)) @ (2l g ne -no (@ - f1) In this equation, the following values must be taken into account: quartz: ne - no = 0.009 calcite: ne - no = -0.172
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Pour chaque prisme: -inverser les axes ordinaire et extraordinaire permet d'inverser le sens dans lequel sont déviés les rayons lorsque on passe d'un couple de tensions (-5V,5V) à un couple de tension (5V, -5V) appliqué aux rotateurs du bloc élémentaire concerné. Ce sens étant inversé entre le quartz et la calcite pour un même choix des axes ordinaire et extraordinaire, ces axes doivent être inversés dans un prisme en calcite par rapport à leur position dans un prisme en quartz. For each prism: -inverting the ordinary and extraordinary axes makes it possible to reverse the direction in which the spokes are deflected when switching from a pair of voltages (-5V, 5V) to a voltage torque (5V, -5V) applied rotators of the elementary block concerned. Since this direction is reversed between quartz and calcite for the same choice of ordinary and extraordinary axes, these axes must be inverted in a calcite prism with respect to their position in a quartz prism.
-Inverser l'orientation du prisme (sommet orienté vers le bas au lieu du haut) permet également d'inverser le sens dans lequel sont déviés les rayons lorsque on passe d'un couple de tensions (-5V, 5V) à un couple de tension (5V,-5V) appliqué aux rotateurs du bloc élémentaire concerné. Mais en même temps cette opération inverse le sens de déviation des rayons lorsqu'un couple de tensions fixe est appliqué. Afin d'avoir une déviation 'fixe' minimale des rayons le prisme à plus forte déviation de chaque série, calcite ou quartz, doit être inversé par rapport aux autres. Afin de maintenir la déviation dans le sens souhaité, ses axes ordinaire et extraordinaire doivent être inversés. -Inverting the orientation of the prism (top pointing down instead of top) also reverses the direction in which the spokes are deflected when we go from a couple of voltages (-5V, 5V) to a pair of voltage (5V, -5V) applied to the rotators of the elementary block concerned. But at the same time this operation reverses the direction of deviation of the spokes when a fixed voltage torque is applied. In order to have a minimum 'fixed' deflection of the rays the prism with stronger deviation of each series, calcite or quartz, must be reversed compared to the others. In order to maintain the deviation in the desired direction, its ordinary and extraordinary axes must be reversed.
Pour chaque prisme on choisit la matière, quartz ou calcite, qui permet d'obtenir le plus facilement cet angle au sommet. On choisit ensuite l'orientation du prisme pour qu'à tension fixe appliquée aux rotateurs. les variations de direction induits se compensent au mieux entre les prismes. On choisit la position des axes ordinaire et extraordinaire pour que les rayons soient toujours déviés dans le même sens lorsqu'on passe d'un couple de tensions (-5V, 5V) à un couple de tension (5V,-5V) appliqué aux rotateurs du bloc élémentaire concerné. Pour chaque doublet, il faut préciser pour les deux prismes inclus dans le doublet, qui ont les mêmes caractéristiques: 1' angle au sommet, l'orientation du sommet (normale ou inversée par rapport à la Fig.37sur laquelle il est orienté vers le haut), la position des axes ordinaires ou extraordinaires (normale ou inversée par rapport à la figure 37 sur laquelle l'axe extraordinaire est vertical). Par exemple pour un objectif o=l,25 g=100 et avec f1 =200 mm, d=20 mm on obtient le tableau suivant ou les angles sont en degrés:
For each prism one chooses the matter, quartz or calcite, which makes it possible to obtain this angle at the summit. The orientation of the prism is then selected so that at fixed voltage applied to the rotators. the induced variations of direction compensate at best between the prisms. We choose the position of the ordinary and extraordinary axes so that the spokes are always deflected in the same direction when we go from a couple of voltages (-5V, 5V) to a voltage torque (5V, -5V) applied to the rotators of the elementary block concerned. For each doublet, it is necessary to specify for the two prisms included in the doublet, which have the same characteristics: the angle at the vertex, the orientation of the vertex (normal or inverted with respect to FIG. 377, on which it is oriented towards the high), the position of the ordinary or extraordinary axes (normal or inverted with respect to figure 37 on which the extraordinary axis is vertical). For example, for a lens o = 1.25 g = 100 and with f1 = 200 mm, d = 20 mm, the following table is obtained or the angles are in degrees:
<tb>
<tb> milice <SEP> au <SEP> #d <SEP> (caicite) <SEP> #d <SEP> (quartz) <SEP> cnoix <SEP> orientation <SEP> au <SEP> position <SEP> des <SEP> axes
<tb> prisme <SEP> sommet <SEP> ordinaire <SEP> et
<tb> extraordinaire
<tb> 0 <SEP> 3. <SEP> 742 <SEP> 51. <SEP> 340 <SEP> calcite <SEP> inversée <SEP> normale
<tb> 1 <SEP> 1. <SEP> 873 <SEP> 32. <SEP> 005 <SEP> calcite <SEP> normale <SEP> inversée
<tb> 2 <SEP> 0. <SEP> 937 <SEP> 17. <SEP> 354 <SEP> calcite <SEP> normale <SEP> inversée
<tb> 3 <SEP> 0.468 <SEP> 8. <SEP> 881 <SEP> quartz <SEP> inversée <SEP> inversée
<tb> 4 <SEP> 0.234 <SEP> 4.467 <SEP> quartz <SEP> normale <SEP> normale
<tb> 5 <SEP> 0. <SEP> 117 <SEP> 2. <SEP> 237 <SEP> quartz <SEP> normale <SEP> normale
<tb> 6 <SEP> 0. <SEP> 058 <SEP> 1. <SEP> 119 <SEP> quartz <SEP> normale <SEP> normale
<tb> 7 <SEP> 0. <SEP> 029 <SEP> 0. <SEP> 559 <SEP> quartz <SEP> normale <SEP> normale
<tb> <Tb>
<tb> militia <SEP> at <SEP>#d<SEP> (self) <SEP>#d<SEP> (quartz) <SEP> cnoix <SEP> SEP orientation <SEP><SEP> position of <SEP> axes
<tb> prism <SEP> ordinary <SEP> summit <SEP> and
<tb> extraordinary
<tb> 0 <SEP> 3. <SEP> 742 <SEP> 51. <SEP> 340 <SEP> calcite <SEP> inverted <SEP> normal
<tb> 1 <SEP> 1. <SEP> 873 <SEP> 32. <SEP> 005 <SEP> calcite <SEP> normal <SEP> reversed
<tb> 2 <SEP> 0. <SEP> 937 <SEP> 17. <SEP> 354 <SEP> calcite <SEP> normal <SEP> reversed
<tb> 3 <SEP> 0.468 <SEP> 8. <SEP> 881 <SEP> inverse quartz <SEP> inverted <SEP>
<tb> 4 <SEP> 0.234 <SEQ> 4.467 <SEP> Normal <SEP> Quartz <SEP> Normal
<tb> 5 <SEP> 0. <SEP> 117 <SEP> 2. <SEP> 237 <SEP> Normal <SEP> Quartz <SEP> Normal
<tb> 6 <SEP> 0. <SEP> 058 <SEP> 1. <SEP> 119 <SEP> normal <SEP> normal <SEP> quartz
<tb> 7 <SEP> 0. <SEP> 029 <SEP> 0. <SEP> 559 <SEP> normal <SEP> normal <SEP> quartz
<Tb>
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Une déviation du faisceau est une variation de sa direction. Mais à grande distance du doublet créant la déviation elle se traduit également par un décalage spatial de la zone éclairée. Afin que ce phénomène ne soit pas pénalisant, les distances entre les éléments du déviateur doivent être réduites au minimum et ces éléments doivent avoir une section suffisante pour que, quelle que soit l'orientation choisie, le faisceau 'remplisse complètement' la zone délimitée par le diaphragme. Par exemple cette section peut être de 12 mm, les polariseurs de Glan-Thomson étant alors de dimension 12 x 30 mm. Toutes les parties du déviateur qui ne transmettent pas directement le faisceau doivent être aussi absorbantes que possible, afin de limiter le bruit. A deviation of the beam is a variation of its direction. But at great distance from the doublet creating the deviation it also translates into a spatial shift of the illuminated area. So that this phenomenon is not penalizing, the distances between the elements of the deflector must be reduced to the minimum and these elements must have a sufficient section so that, whatever is the chosen orientation, the beam 'fills completely' the zone delimited by the diaphragm. For example, this section may be 12 mm, the polarizers of Glan-Thomson then being of dimension 12 x 30 mm. All parts of the deflector that do not transmit the beam directly should be as absorbent as possible to minimize noise.
Afin de supprimer les déviations constantes par les prismes de déviation, l'indice du liquide optique dans lequel un prisme est immergé doit être égal à la valeur moyenne des indices ordinaire et extraordinaire du prisme soit:
1 al. 1.658 + 1.486 ,.# Pour la calcite: ni z 1.486 = 1.572 . In order to suppress the constant deviations by the deflection prisms, the index of the optical liquid in which a prism is immersed must be equal to the average value of the ordinary and extraordinary indices of the prism, namely:
1 al. 1.658 + 1.486,. # For calcite: neither z 1.486 = 1.572.
, 1.544+1.553 ,..., Pour le quartz: ni - 1.544 1.553 =1~5485
La partie du déviateur de faisceau dont les prismes sont en calcite doit donc être immergée dans un liquide d'indice 1. 572, et la partie dont les prismes sont en quartz doit donc être immergée dans un liquide d'indice 1. 5485. La cuve contenant le déviateur et le liquide optique doit donc être séparée en deux parties, une fenêtre en verre permettant le passage du faisceau entre ces deux parties qui contiennent des liquides optiques d'indices différents. , 1.544 + 1.553, ..., For quartz: ni - 1.544 1.553 = 1 ~ 5485
The portion of the beam deflector whose prisms are made of calcite must therefore be immersed in a liquid of index 1. 572, and the part whose prisms are made of quartz must therefore be immersed in a liquid of index 1. 5485. The The vessel containing the deflector and the optical liquid must therefore be separated into two parts, a glass window allowing the passage of the beam between these two parts which contain optical liquids of different indices.
La commande du dispositif se fait par commande des 36 rotateurs. Dans chaque doublet les rotateurs de phase sont numérotés de 0 à 3, le numéro 0 étant le rotateur le plus 'à gauche 'sur la Fig. 28. Si i est l'indice du doublet, variant de 0 à 7 et est l'indice du rotateur dans un doublet, variant de 0 à 3, alors on affecte au rotateur l'indice global k = i + 1 + j * 9, sauf pour le doublet numéroté Ob pour lequel on a k = j*9 . On utilise un mot de commande 36 bits dans lequel le bit numéro k correspond au rotateur d'indice global k. Pour chaque bit, une valeur de 0 correspond à une tension appliquée de -5V et une valeur de 1 correspond à une tension de +5V. The control of the device is done by order of the 36 rotators. In each doublet the phase rotators are numbered from 0 to 3, the number 0 being the most 'left' rotator in FIG. 28. If i is the doublet index, varying from 0 to 7 and is the index of the rotator in a doublet, varying from 0 to 3, then we assign to the rotator the global index k = i + 1 + j * 9, except for the doublet numbered Ob for which we have ak = j * 9. A 36-bit control word is used in which the bit number k corresponds to the global index rotator k. For each bit, a value of 0 corresponds to an applied voltage of -5V and a value of 1 corresponds to a voltage of + 5V.
Un éclairage est caractérisée par le capteur sur lequel parvient le faisceau d'éclairage direct et par des coordonnées symboliques sur ce capteur. Le capteur sera indicé par l'entier p et les coordonnées symboliques seront i,j ou i etj varient entre 0 et 255. Les coordonnées symboliques ne correspondent pas nécessairement à des coordonnées en pixels sur le capteur. Lorsque on souhaite obtenir un éclairage caractérisé par les indices p,i,j, le mot de commande est donné par le tableau ci-dessus:
capteur coor- mot de commande COM[p,i,j] données (2239): (ij) (Oi80f8,Oljs>01>ja p=0 A lighting is characterized by the sensor on which the direct lighting beam arrives and by symbolic coordinates on this sensor. The sensor will be indexed by the integer p and the symbolic coordinates will be i, j or i and vary between 0 and 255. The symbolic coordinates do not necessarily correspond to pixel coordinates on the sensor. When it is desired to obtain a lighting characterized by the indices p, i, j, the control word is given by the table above:
co-control sensor COM [p, i, j] data (2239): (ij) (O180f8, Oljs>01> ja p = 0
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(2229): I M ((i%2,0,(i/2),(i%2),01,(i/2),(y%21,01,(j/2)7,(y%2),01,(y/2)7) p=l Dans ce tableau: a%b signifie a modulo b a/2 représente le produit de la division entière de a par 2, c'est-à-dire a décalé vers la droite (a,b,c..) représente a concaténé avec b puis avec c etc... a, représente a exprimé sur i bits.
(2229): IM ((i% 2.0, (i / 2), (i% 2), O1, (i / 2), (y% 21.01, (j / 2) 7, (y% 2), 01, (y / 2) 7) p = 1 In this table: a% b means a modulo ba / 2 represents the product of the integer division of a by 2, that is, shifted to the line (a, b, c ..) represents a concatenated with b and then with c etc ... a, represents expressed on i bits.
Si a est un nombre entier, son expression en binaire est une suite de 0 et de 1. En transformant les 0 en 1 et vice-versa on obtient son complémentaire que l'on note #. Cette notation sera maintenue par la suite. If a is an integer, its binary expression is a sequence of 0s and 1s. By transforming the 0s into 1 and vice versa, we obtain its complement that we write #. This rating will be maintained thereafter.
Lorsque on souhaite supprimer les deux faisceaux d'éclairage, le mot de commande à utiliser est 0. When you want to remove both light beams, the command word to use is 0.
7.3.Réglage de l'ensemble. 7.3.Adjustment of the set.
7.3.1.Première mise en place du système
Le système, à l'exeption des éléments (2204) (2205)(2206)(2209)(2240) (2210) (2241) (2238) (2226), est mis en place géométriquement avec une précision maximale. Le trajet du faisceau est contrôlé par utilisation d'un morceau de papier diffusant interposé sur sa trajectoire. La position des miroirs, miroirs semi-transparents, ainsi que de (2200) et (2201) est ajustée en contrôlant ainsi la trajectoire du faisceau. 7.3.1.First implementation of the system
The system, with the exception of elements (2204) (2205) (2206) (2209) (2240) (2210) (2241) (2238) (2226), is geometrically implemented with maximum accuracy. The path of the beam is controlled by using a piece of scattering paper interposed on its path. The position of the mirrors, semi-transparent mirrors, as well as (2200) and (2201) are adjusted thus controlling the trajectory of the beam.
7. 3.2.Mise en place des systèmes de contrôle des faisceaux. 7. 3.2.Installation of beam control systems.
Pour la mise en place des systèmes de contrôle des faisceaux il est nécessaire de disposer d'un photomètre de précision suffisante, qui sera utilisé pour mesurer des atténuations ou détecter des extinctions de faisceau. Ces systèmes sont composés d'éléments optiques (prismes, rotateurs,polariseurs,lames biréfringentes) qui doivent être positionnés avec précision par rapport à l'axe optique et être montés sur des positionneurs permettant un réglage fin en rotation autour de cet axe. For the implementation of beam control systems it is necessary to have a sufficient precision photometer, which will be used to measure attenuations or detect beam extinctions. These systems are composed of optical elements (prisms, rotators, polarizers, birefringent blades) which must be positioned accurately with respect to the optical axis and be mounted on positioners allowing a fine adjustment in rotation about this axis.
7.3.2.1. Marquage des rotateurs
L'ensemble du système de modification du faisceau d'éclairage est basé sur l'utilisation de rotateurs de phase. Il est essentiel que l'axe de chaque rotateur tourne dans le sens prévu à l'application d'une tension opposée à celle utilisée lors de sa mise en place. La position du rotateur doit être définie à sa mise en place et le réglage ne se fait que sur quelques degrés. Pour préciser la position des axes du rotateur avant mise en place on procède à un test entre polariseurs croisés, en deux étapes. 7.3.2.1. Rotator marking
The entire lighting beam modification system is based on the use of phase rotators. It is essential that the axis of each rotator rotates in the intended direction at the application of a voltage opposite to that used during its introduction. The position of the rotator must be defined when it is put in place and the setting is only a few degrees. To specify the position of the axes of the rotator before implementation is carried out a test between crossed polarizers, in two stages.
Etape 1, décrite par la Fig. 42. le rotateur (3001) est mis en place entre le polariseur d'entrée de direction de polarisation (3002) et le polariseur de sortie de direction de polarisation (3003). Une tension de +5V est appliquée. Le rotateur est réglé en rotation de manière à annuler le rayon sortant. La position correspondante, correspondant au polariseur d'entrée, est marquée d'un point rouge (3004). Step 1, described in FIG. 42. the rotator (3001) is set up between the polarization direction input polarizer (3002) and the polarization direction output polarizer (3003). A voltage of + 5V is applied. The rotator is rotated to cancel the outgoing ray. The corresponding position, corresponding to the input polarizer, is marked with a red dot (3004).
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Etape 2: une tension-5V est appliquée. Le polariseur de sortie est réglé pour annuler le rayon. On marque un point vert correspondant au milieu des deux positions de polariseurs, du coté ou l'angle est le plus faible. Les Fig.43 et 44 décrivent cette étape dans les deux cas possibles définis par la nouvelle position du polariseur de sortie, respectivement (3005) et (3006). Dans le cas de la Fig.43 le point vert est marqué en (3007) et dans le cas de la Fig.44 il est marqué en (3008). Step 2: A -5V voltage is applied. The output polarizer is set to cancel the beam. We mark a green dot corresponding to the middle of the two polarizer positions, the side where the angle is the lowest. Figs. 44 and 44 describe this step in the two possible cases defined by the new position of the output polarizer, respectively (3005) and (3006). In the case of Fig.43 the green dot is marked in (3007) and in the case of Fig.44 it is marked in (3008).
Le point rouge marque alors la position de l'axe pour une tension de +5V et le point vert marque sa position pour une tension de-5V. Ces points permettent ensuite de prépositionner correctement les éléments lors de la procédure de réglage. The red dot then marks the position of the axis for a voltage of + 5V and the green dot marks its position for a voltage of -5V. These points are used to preposition the elements correctly during the adjustment procedure.
7. 3.2.2.Mise en place de l'atténuateur de faisceau
On met d'abord en place le polariseur (2502) et on effectue un réglage fin en rotation de manière à avoir extinction du faisceau sortant. On met ensuite en place le rotateur (2501) et on effectue un réglage fin de sa position en rotation de manière à avoir l'atténuation a12 recherchée lors du passage de la position ouverte (tension de +5V appliquée à (2501)) à la position fermée (tension appliquée de -5V). 7. 3.2.2.Installation of the beam attenuator
First of all, the polarizer (2502) is put in place and a fine adjustment is made in rotation so as to have the outgoing beam go out. The rotator (2501) is then put in place and a fine adjustment of its rotational position is made so as to have the attenuation a12 sought when the open position (voltage of + 5V applied to (2501)) is applied to the closed position (applied voltage of -5V).
On commute alors (2501) en position ouverte ( tension de +5V ) et on met en place le polariseur (2504) que l'on ajuste en rotation de manière à avoir extinction du faisceau sortant. On met alors en place le rotateur (2503) et on effectue un réglage fin de sa position en rotation de manière à avoir l'atténuation a22 recherchée lors du passage de la position ouverte (tension de +5V appliquée à (2503)) à la position fermée (tension appliquée de-5V). Par exemple on peut utiliser a1 = a2 = 1/16 ce qui donne comme atténuations
16 mesurables par le photomètre: a12= a22= @
256
On mesure alors les valeurs exactes obtenues des coefficients a12et a22.Les coefficients a1 et a2 ainsi obtenus seront utilisés par la suite. Then (2501) is switched to the open position (voltage + 5V) and the polarizer (2504) is set up and rotated so that the outgoing beam is extinguished. The rotator (2503) is then put in place and a fine adjustment of its rotational position is made so as to have the desired attenuation a22 during the passage of the open position (voltage of + 5V applied to (2503)) to the closed position (applied voltage of -5V). For example we can use a1 = a2 = 1/16 which gives as attenuations
16 measurable by the photometer: a12 = a22 = @
256
The exact values obtained from the coefficients a12 and a22 are then measured. The coefficients a1 and a2 thus obtained will be used subsequently.
7. 3.2.3. Mise en place des dispositifs de décalage de phase
Ces dispositifs (2205) et (2251) sont mis en place avec la meilleure précision possible compte tenu des marquages effectués précédemment. 7. 3.2.3. Implementation of phase shift devices
These devices (2205) and (2251) are set up with the best possible accuracy taking into account the markings made previously.
7. 3.2.4. Mise en place du dispositif de déviation du faisceau et de commutation. 7. 3.2.4. Setting up the beam deflection and switching device.
Chaque bloc élémentaire est mis en place successivement en partant du bloc le plus proche du dispositif de décalage de phase. L'atténuateur de faisceau doit être en position ouverte. Un bloc élémentaire est mis en place dans l'ordre suivant: -Mise en place du polariseur POL (2804). Réglage fin en rotation pour annuler le rayon sortant. Each elementary block is set up successively starting from the block closest to the phase shifter. The beam attenuator must be in the open position. An elementary block is set up in the following order: - Placement of polarizer POL (2804). Fine adjustment in rotation to cancel the outgoing radius.
-mise en place du rotateur R2 (2803). Réglage fin en rotation pour maintenir le rayon sortant à une valeur nulle, une tension de-5V étant appliquée à R2. placing the rotator R2 (2803) in place. Fine adjustment in rotation to keep the outgoing beam at a zero value, a voltage of -5V being applied to R2.
-mise en place du rotateur Rl(2801). Réglage fin en rotation pour maintenir le rayon sortant à une valeur nulle, une tension de-5V étant appliquée à R2 et RI. placing the rotator R1 (2801) in place. Fine rotation adjustment to keep the outgoing radius at zero, with a voltage of -5V applied to R2 and RI.
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-mise en place du prisme de déviation PD (2802). Réglage fin en rotation pour maintenir le rayon sortant à une valeur nulle, une tension de-5V étant appliquée à RI et R2. setting up of the deflection prism PD (2802). Fine adjustment in rotation to keep the outgoing beam at a zero value, a voltage of -5V being applied to RI and R2.
Les blocs DO et DOb sont mis en place de la même manière que les autres. The DO and DOb blocks are set up in the same way as the others.
7. 3.2.5.Mise en place des rotateurs de phase (2210) (2241) (2238)(2226). 7. 3.2.5.Installation of phase rotators (2210) (2241) (2238) (2226).
Ces rotateurs doivent avoir leur axe neutre vertical pour une tension appliquée de-5V (point vert vers le haut). L'axe de (2210) doit tourner vers la droite de la Fig. 27 lorsqu'une tension de +5V est appliquée (point rouge à droite). L'axe de (2241) doit tourner vers la gauche de la Fig.27 lorsqu'une tension de +5V est appliquée (point rouge à gauche). L'axe de (2238) et de (2226) doit tourner vers le haut de la Fig.27 lorsqu'une tension de +5V est appliquée (point rouge en haut). These rotators must have their neutral axis vertical for an applied voltage of -5V (green dot up). The axis of (2210) should turn to the right of FIG. 27 when a voltage of + 5V is applied (red dot on the right). The axis of (2241) should turn to the left of Fig.27 when a voltage of + 5V is applied (red dot on the left). The axis of (2238) and (2226) should turn upwards in Fig.27 when a voltage of + 5V is applied (red dot at the top).
7. 3.2.6. Mise en place des polariseurs: Les polariseurs (2252) et (2253) sont mis en place avec leur axe passant orienté suivant la verticale. 7. 3.2.6. Placing polarizers: The polarizers (2252) and (2253) are set up with their axis passing oriented vertically.
7. 3.3. Réglage de géométrie
Dans un deuxième temps on effectue un réglage de géométrie visant à positionner correctement les caméras, les lentilles achromatiques et certains miroirs. Certains de ces réglages utilisent un capteur CCD auxilliaire, dont le pas (distance entre les centres de deux pixels voisins) doit être aussi réduit que possible. 7. 3.3. Geometry adjustment
In a second step, a geometry adjustment is performed to correctly position the cameras, the achromatic lenses and certain mirrors. Some of these settings use an auxiliary CCD sensor, whose pitch (distance between the centers of two neighboring pixels) should be as small as possible.
A partir de l'image reçue soit sur un des capteurs du système, soit sur le capteur auxilliaire, on utilise un algorithme permettant l'appréciation de la ponctualité de l'image et la localisation du maximum. L'image reçue sur un capteur est obtenue en faisant interférer sur ce capteur une onde de référence et l'onde dont la ponctualité doit être évaluée. From the image received either on one of the sensors of the system or on the auxiliary sensor, an algorithm is used to evaluate the punctuality of the image and the location of the maximum. The image received on a sensor is obtained by interfering on this sensor a reference wave and the wave whose punctuality must be evaluated.
7.3.3.l.Obtention d'une image bidimensionnelle et appréciation de la ponctualité:
On a vu dans le premier mode de réalisation comment une image bidimensionnelle en nombres complexes peut être générée à partir de trois images différant entre elles par la différence de phase entre l'onde d'éclairage et l'onde de référence. Cette image dans le domaine fréquentiel peut être transposée dans le domaine spatiale par transformée de Fourier. Dans les phases de réglage qui suivent, on sera amené à apprécier le caractère ponctuel et le centrage de telles images, dans le domaine spatial ou fréquentiel. Ces images seront soit reçue sur un des capteurs CCD du dispositif, soit reçues sur un capteur auxilliaire. Les décalages de phase seront réalisés soit à l'aide de (2205) soit à l'aide de (2251). Dans certains cas, l'onde d'éclairagejouera le rôle d'onde de référence et vice-versa. Dans tous les cas, le système réalise donc trois images successives avec des décalages successifs, indicés par l'entier d, de +120 (d=O), 0 (d=l), -120 (d=2) degrés. Ceci donne un tableau de pixels I[d,i,j] ou l'indice avariant de 0 à 2 indice le déphasage. L'image en nombre complexes en est déduite par:
t>J=C6(2lO,i,j-ll,ij-I21>J +J ZI1>t>>-IZtJJ 7.3.3.l.Obtaining a two-dimensional image and appreciation of punctuality:
In the first embodiment, we have seen how a two-dimensional image in complex numbers can be generated from three images differing from one another by the phase difference between the illumination wave and the reference wave. This image in the frequency domain can be transposed into the spatial domain by Fourier transform. In the adjustment phases that follow, we will be led to appreciate the punctuality and centering of such images, in the spatial or frequency domain. These images will either be received on one of the CCD sensors of the device, or received on an auxiliary sensor. The phase offsets will be made either with (2205) or with (2251). In some cases, the lighting wave will play the role of reference wave and vice versa. In all cases, the system thus realizes three successive images with successive offsets, indexed by the integer d, of +120 (d = 0), 0 (d = 1), -120 (d = 2) degrees. This gives an array of pixels I [d, i, j] where the subscript of 0 to 2 indexes the phase shift. The complex number image is deduced by:
t> J = C6 (2l0, i, j-11, ij-I21> J + J Zl1> t >> - IZtJJ
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Si on cherche à évaluer la ponctualité dans le domaine spatial, une transformation de Fourier inverse est appliquée à cette image. If one tries to evaluate the punctuality in the space domain, an inverse Fourier transformation is applied to this image.
Dans les deux cas (qu'il y ait eu ou non transformation de Fourier), à partir de cette image de dimensions Npix x Npix correspondant au nombre de pixels utiles du capteur concerné (par exemple 256), on évalue la ponctualité par un programme comportant les étapes suivantes: Etape 1: le programme calcule le maximum max du module de S[i,j] et détermine ses coordonnées (imaxljmaxl). In both cases (whether or not there has been a Fourier transformation), from this image of dimensions Npix x Npix corresponding to the number of useful pixels of the sensor concerned (for example 256), the punctuality is evaluated by a program comprising the following steps: Step 1: the program calculates the maximum maximum of the module of S [i, j] and determines its coordinates (imaxljmaxl).
Etape 2 : la partie du tableau S[i,j] située autour de (imaxl jmaxl) est extraite. On crée ainsi un tableau Sa[i, j] de dimensions Na X Na avec par exemple Na = 16:
Etape 3: une transformée de Fourier directe est effectuée sur le tableau Sa Etape 4: le tableau Sa est complété par des zéros et on obtient un tableau Sb de dimensions Nb x Nb .
et Sb[i, j] = 0 sinon. Step 2: The part of the array S [i, j] located around (imaxl jmaxl) is extracted. We thus create a table Sa [i, j] of Na X Na dimensions with for example Na = 16:
Step 3: a direct Fourier transform is performed on the array Sa Step 4: the array Sa is completed by zeros and an array Sb of dimensions Nb x Nb is obtained.
and Sb [i, j] = 0 otherwise.
Etape 5: la transformation de Fourier inverse du tableau Sb est effectuée. On obtient ainsi une version suréchantillonnée de la partie du tableau S initial située autour du point de module maximal. Step 5: The inverse Fourier transformation of Table Sb is performed. This gives an oversampled version of the initial part of the S-array located around the maximum module point.
Etape 6 : imax,jmax,max sont calculés par les formules:
Step 6: imax, jmax, max are calculated by the formulas:
Les valeurs réelles max, imaxjmax ainsi obtenues caractérisent respectivement la valeur et la position du maximum. La ponctualité est d'autant meilleure que la valeur max est plus élevée. Le The actual values max, imaxjmax thus obtained respectively characterize the value and the position of the maximum. Punctuality is better when the max value is higher. The
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programme visualise en outre le module du tableau S et le module du tableau Sb pour avoir une appréciation visuelle de la ponctualité. program also visualizes the module of the table S and the module of the table Sb to have a visual assessment of the punctuality.
7. 3.3.2. appareils utilisés
Un diffuseur est utilisé, par exemple un morceau de papier qui permet de suivre visuellement la trajectoire du faisceau. 7. 3.3.2. used devices
A diffuser is used, for example a piece of paper that makes it possible to visually follow the path of the beam.
Un CCD auxiliaire est utilisé pour un suivi du faisceau plus précis qu'avec le diffuseur. Son pas doit être aussi faible que possible. An auxiliary CCD is used for more accurate beam tracking than the diffuser. His step must be as weak as possible.
Un fréquencemètre est également utilisé. Ce terme désignera l'appareil décrit par la Fig. 71, qui est destiné à la mesure des fréquences spatiales d'un faisceau paraxial. Il est constitué d'un miroir (5000) qui réfléchit un faisceau parallèle entrant vers une lentille (5001), laquelle focalise ce faisceau vers un CCD (5002) monté sur une caméra (5003). Un polariseur optionnel (5004) peut être inséré entre le miroir et la lentille. L'utilisation du miroir (5000) permet au fréquencemètre d'avoir un encombrement minimal dans le plan horizontal qui est celui des Fig. 61 et 62. L'axe optique de la lentille et du CCD est toujours vertical lors des opérations de mesure. A frequency meter is also used. This term will refer to the apparatus described in FIG. 71, which is intended for measuring the spatial frequencies of a paraxial beam. It consists of a mirror (5000) that reflects a parallel beam entering a lens (5001), which focuses the beam to a CCD (5002) mounted on a camera (5003). An optional polarizer (5004) can be inserted between the mirror and the lens. The use of the mirror (5000) allows the frequency meter to have a minimum size in the horizontal plane which is that of FIGS. 61 and 62. The optical axis of the lens and the CCD is always vertical during measurement operations.
* Compte tenu des choix de dimensionnement effectués, l'angle maximal sous lequel les faisceaux entrent dans le fréquencemètre est 0 . Si la largeur totale du CCD (5002) est l, alors la distance focale de g (5001) est calculée pour que les rayons arrivant sous des angles compris entre ~!!. et o puissent être pris g g en compte. Elle vaut donc: f g l. Une valeur légèrement inférieure peut être adoptée pour garder une o 2 marge de sécurité. * Given the sizing choices made, the maximum angle at which the beams enter the frequency meter is 0. If the total width of the CCD (5002) is 1, then the focal length of g (5001) is calculated so that rays arriving at angles between ~ !!. and o can be taken into account. It is therefore worth: f g l. A slightly lower value can be adopted to keep an o 2 safety margin.
Avant utilisation du fréquencemètre, la distance entre la lentille (5001) et le CCD (5002) doit être réglée pour que l'image d'un faisceau parallèle soit aussi ponctuelle que possible, ce qui se fait simplement en envoyant vers le fréquencemètre un faisceau dont le parallélisme a été préalablement vérifié par une méthode interférométrique et en ajustant en conséquence la distance entre la lentille et le CCD. Before use of the frequency meter, the distance between the lens (5001) and the CCD (5002) must be adjusted so that the image of a parallel beam is as punctual as possible, which is done simply by sending to the frequency meter a beam whose parallelism was previously checked by an interferometric method and adjusting accordingly the distance between the lens and the CCD.
La ponctualité de l'image obtenue sur le CCD (5002) permet de vérifier le parallélisme d'un faisceau entrant. La position relative de plusieurs points sur ce CCD caractérise l'angle entre les faisceaux correspondants. The punctuality of the image obtained on the CCD (5002) makes it possible to check the parallelism of an incoming beam. The relative position of several points on this CCD characterizes the angle between the corresponding beams.
En l'abscence d'autres précision dans la description d'un réglage, le polariseur (5004) n'est pas utilisé. In the absence of other precision in the description of a setting, the polarizer (5004) is not used.
7. 3.3.3. Cycle de réglage Les réglages visent à s'assurer que: (1) les faisceaux suivent la trajectoire prévue. Ceci peut en général se vérifier à l'aide d'un simple diffuseur. 7. 3.3.3. Adjustment Cycle The adjustments are intended to ensure that: (1) the beams are following the intended path. This can usually be verified using a simple diffuser.
Ces vérifications de trajectoire du faisceau ne sont pas décrites mais doivent être effectuées préalablement aux autres réglages. Par exemple l'orientation du miroir (2247) doit être réglée pour que le faisceau réfléchi These beam trajectory checks are not described but must be done before the other adjustments. For example, the orientation of the mirror (2247) must be adjusted so that the reflected beam
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se superpose effectivement au faisceau incident, occupant la même zone de l'espace que celui-ci au niveau du miroir semi-transparent (2245). is effectively superimposed on the incident beam, occupying the same area of space as the latter at the semi-transparent mirror (2245).
(2) les faisceaux d'éclairage et leurs indicateurs inverses ont une image ponctuelle sur les capteurs CCD. (2) the lighting beams and their inverse indicators have a point image on the CCD sensors.
(3) les faisceaux de référence ont une image ponctuelle dans le plan des diaphragmes (2213) et (2223). (3) the reference beams have a point image in the plane of the diaphragms (2213) and (2223).
(4) un faisceau entrant parallèle dans l'objectif (2217) et dirigé suivant l'axe optique a une image ponctuelle et centrée sur le capteur (2239). (4) a beam entering parallel to the objective (2217) and directed along the optical axis has a point image and centered on the sensor (2239).
(5) lorsque un mot de commande COM[1,i,j] est utilisé, les coordonnées du point illuminés par le faisceau FED se déduisent de celles du point illuminé par FEDI par une homothétie de rapport proche de 1. (5) when a control word COM [1, i, j] is used, the coordinates of the point illuminated by the FED beam are deduced from those of the point illuminated by FEDI by a ratio homothety close to 1.
Les réglages à effectuer découlent de ces conditions. La description des étapes de réglage est donnée à titre indicatif et constitue un exemple d'ordonnancement des étapes de réglage. The settings to be made are based on these conditions. The description of the adjustment steps is given for information only and constitutes an example of scheduling of the adjustment steps.
Pendant l'ensemble du réglage à l'exception de l'étape 14, le mot de commande utilisé pour le
déviateur de faisceau est COM[ 1,128,128] , COM[0,128,128] ou 0 selon que l'on génère le faisceau d'éclairage droit FED, le faisceau d'éclairage gauche FEG ou aucun des deux. Les obturateurs (2257) (2258) (2259) (2260) et des obturateurs non représentés sur la trajectoire des faisceaux FRG et FRD permettent de choisir les faisceaux utilisés. During the entire setting except for step 14, the command word used for the
Beam deflector is COM [1,128,128], COM [0,128,128] or 0 depending on whether the right FED light beam, the left FEG light beam or neither are generated. The shutters (2257) (2258) (2259) (2260) and shutters not shown in the path of the beams FRG and FRD make it possible to choose the beams used.
Pendant certaines phases de réglage, on mesure sur un capteur un faisceau donné à l'aide d'un second faisceau servant de référence. Le programme décrit en 7.3.3.1. est alors utilisé pour évaluer la ponctualité du faisceau mesuré. Les variations de phase entre le faisceau servant de référence et le faisceau à mesurer sont obtenues à l'aide de (2205) ou (2251). Lorsqu'aucun faisceau n'est utilisé comme référence, par exemple si le CCD est celui du fréquencemètre, l'image utilisée est celle directement reçue sur le CCD. During certain adjustment phases, a given beam is measured on a sensor using a second beam serving as a reference. The program described in 7.3.3.1. is then used to evaluate the punctuality of the measured beam. The phase variations between the reference beam and the beam to be measured are obtained using (2205) or (2251). When no beam is used as a reference, for example if the CCD is that of the frequency meter, the image used is that directly received on the CCD.
Une image ponctuelle est considérée comme centrée sur un capteur de taille Npix x Npix si ses coordonnées
étape 1 : en translation de la lentille (2231) Le fréquencemètre est positionné entre le miroir semi-transparent (2211) et le rotateur de polarisation (2238) . La lentille (2231) est réglée pour que l'image du faisceau FEDI sur le CCD du fréquencemètre soit ponctuelle. étape 2 : en translation de la lentille (2246) Le fréquencemètre est positionné entre le miroir semi-transparent (2245) et la lentille (2237). La lentille (2246) est réglée pour que l'image du faisceau FRDI sur le CCD du fréquencemètre soit ponctuelle. étape 3 : en translation de la lentille (2242) A point image is considered centered on a Npix x Npix size sensor if its coordinates
step 1: in translation of the lens (2231) The frequency meter is positioned between the semi-transparent mirror (2211) and the polarization rotator (2238). The lens (2231) is set so that the image of the FEDI beam on the CCD of the frequency meter is punctual. step 2: in translation of the lens (2246) The frequency meter is positioned between the semi-transparent mirror (2245) and the lens (2237). The lens (2246) is set so that the image of the FRDI beam on the CCD of the frequency meter is punctual. step 3: in translation of the lens (2242)
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Le fréquencemètre est positionné entre le miroir semi-transparent (2225) et le rotateur de polarisation (2226) . La lentille (2242) est réglée pour que l'image du faisceau FEGI sur le CCD du fréquencemètre soit ponctuelle. étape 4 : en translation de la lentille (2281) Le fréquencemètre est positionné entre le miroir semi-transparent (2228) et la lentille (2227) . La lentille (2281) est réglée pour que l'image du faisceau FRGI sur le CCD du fréquencemètre soit ponctuelle. étape 5 : en translation de la lentille (2212)
Un faisceau d'éclairage provisoire FEP est introduit. Celui-ci est dérivé directement de la sortie de l'élargisseur de faisceau (2201) à l'aide d'un miroir semi-transparent et est redirigé par unjeu de miroirs vers l'objectif(2217) dans lequel il pénètre par le coté ou se trouve normalement l'échantillon, et en étant dirigé selon l'axe optique de l'objectif. L'objectif (2217) doit être à peu près en position focalisée, c'est-àdire dans la position ou il sera lors de l'utilisation normale du microscope. L'objectif (2219) doit être provisoirement supprimé pour pouvoir introduire FEP. The frequency meter is positioned between the semi-transparent mirror (2225) and the polarization rotator (2226). The lens (2242) is set so that the image of the FEGI beam on the CCD of the frequency meter is punctual. step 4: in translation of the lens (2281) The frequency meter is positioned between the semi-transparent mirror (2228) and the lens (2227). The lens (2281) is set so that the image of the FRGI beam on the CCD of the frequency meter is punctual. step 5: in translation of the lens (2212)
A temporary FEP lighting beam is introduced. This is derived directly from the output of the beam expander (2201) using a semi-transparent mirror and is redirected by a game of mirrors towards the objective (2217) in which it enters from the side where is normally the sample, and being directed along the optical axis of the lens. The objective (2217) should be approximately in the focused position, that is, in the position where it will be during normal use of the microscope. Objective (2219) must be temporarily removed in order to introduce FEP.
Le fréquencemètre est positionné entre la lentille (2212) et le miroir semi-transparent (2211). La lentille (2212) est réglée pour que l'image du faisceau FEP sur le CCD du fréquencemètre soit ponctuelle. étape 6 : en translation de la lentille (2237) et réglage de l'orientation du miroir semi-transparent (2245) :
Un CCD auxiliaire est placé à l'emplacement du diaphragme (2213). La lentille (2237) est réglée pour que l'image du faisceau FRDI sur ce CCD auxiliaire soit ponctuelle. Le miroir semi-transparent (2245) est réglé pour que l'image du faisceau FRDI sur ce CCD auxiliaire soit centrée. étape 7 : du CCD (2239) en translation. The frequency meter is positioned between the lens (2212) and the semi-transparent mirror (2211). The lens (2212) is set so that the image of the FEP beam on the CCD of the frequency meter is punctual. step 6: in translation of the lens (2237) and adjustment of the orientation of the semi-transparent mirror (2245):
An auxiliary CCD is placed at the location of the diaphragm (2213). The lens (2237) is set so that the image of the FRDI beam on this auxiliary CCD is punctual. The semi-transparent mirror (2245) is set so that the image of the FRDI beam on this auxiliary CCD is centered. step 7: CCD (2239) in translation.
La position du CCD (2239) est ajustée pour que l'image du faisceau FEP obtenue par la procédure décrite en 7.3.3.1. à partir du CCD (2239) soit ponctuelle et centrée. étape 8 : du miroir semi-transparent (2211)
La position de ce miroir est ajustée pour que l'image du faisceau FEDI obtenue par la procédure décrite en 7.3.3.1. à partir du CCD (2239) soit ponctuelle et centrée. étape 9 : de position des objectifs. The position of the CCD (2239) is adjusted so that the image of the FEP beam obtained by the procedure described in 7.3.3.1. from the CCD (2239) is punctual and centered. step 8: semi-transparent mirror (2211)
The position of this mirror is adjusted so that the image of the FEDI beam obtained by the procedure described in 7.3.3.1. from the CCD (2239) is punctual and centered. Step 9: Position goals.
Le faisceau FEP est supprimé et l'objectif (2219) est remis en place. Un CCD auxiliaire est placé à l'emplacement du diaphragme (2223). L'échantillon est par exemple une lame transparente, de l'huile optique étant utilisée de chaque coté de la lame. La position des objectifs est réglée pour que l'image du faisceau FRDI sur ce CCD auxiliaire soit ponctuelle et centrée. The FEP beam is removed and the lens (2219) is replaced. An auxiliary CCD is placed at the location of the diaphragm (2223). The sample is for example a transparent blade, optical oil being used on each side of the blade. The position of the lenses is set so that the image of the FRDI beam on this auxiliary CCD is punctual and centered.
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étape 10 : en translation de la lentille (2224)
Le fréquencemètre est positionné entre la lentille (2224) et le miroir semi-transparent (2225). La lentille (2224) est réglée pour que l'image du faisceau FED sur le CCD du fréquencemètre soit ponctuelle. étape 11: réglage en translation de la lentille (2227) et réglage de l'orientation du miroir semi-transparent (2228) :
Un CCD auxiliaire est placé à l'emplacement de (2223). La lentille (2227) est réglée pour que l'image du faisceau FRGI sur ce CCD auxiliaire soit ponctuelle. Le miroir semi-transparent (2228) est réglé pour que l'image du faisceau FRGI sur ce CCD auxiliaire soit centrée. étape 12 : du CCD (2229) en translation. step 10: in translation of the lens (2224)
The frequency meter is positioned between the lens (2224) and the semi-transparent mirror (2225). The lens (2224) is set so that the image of the FED beam on the CCD of the frequency meter is punctual. step 11: translational adjustment of the lens (2227) and adjustment of the orientation of the semi-transparent mirror (2228):
An auxiliary CCD is placed at the location of (2223). The lens (2227) is set so that the image of the FRGI beam on this auxiliary CCD is punctual. The semi-transparent mirror (2228) is set so that the image of the FRGI beam on this auxiliary CCD is centered. step 12: the CCD (2229) in translation.
La position du CCD (2229) est ajustée pour que l'image du faisceau FED obtenue par la procédure décrite en 7.3.3.1. à partir du CCD (2229) soit ponctuelle et centrée. étape 13 : du miroir semi-transparent (2225)
La position de ce miroir est ajustée pour que l'image du faisceau FEGI obtenue par la procédure décrite en 7.3.3.1. à partir du CCD (2229) soit ponctuelle et centrée. étape 14 : des CCD (2229) et (2239) en rotation et translation
Cette étape consiste à régler en rotation la position de (2229) et (2239) de sorte que leurs systèmes d'axes soient confondus. A cette fin, les mots de commande COM[1,128,128] , COM[1,250,128] , COM[1,128,250] sont utilisés alternativement. Les deux capteurs sont réglés en translation dans un plan orthogonal à l'axe (2264) et en rotation autour de ce même axe. Sur chaque capteur on définit un système de coordonnées (i, j) ou les indices pixels et/ vont de 0 à Npix - 1 avec Npix =256, et qui repère la zone utile du capteur qui sera utilisée par la suite. Le point origine du système de coordonnées, de coordonnées (0,0), peut être un quelconque des quatre coins de la zone utile du capteur. En même temps qu'on effectue le réglage, on choisit le point origine du système de coordonnées. Les critères de réglage et de choix du point origine sont les mêmes pour les deux capteurs et sont les suivants: - quand COM[1,128,128] est utilisé, le point d'impact du faisceau d'éclairage, c'est-à-dire du faisceau d'éclairage direct sur (2229) ou de son indicateur inverse sur (2239), doit être au point de coordonnées (128,128). The position of the CCD (2229) is adjusted so that the image of the FED beam obtained by the procedure described in 7.3.3.1. from the CCD (2229) is punctual and centered. step 13: semi-transparent mirror (2225)
The position of this mirror is adjusted so that the image of the FEGI beam obtained by the procedure described in 7.3.3.1. from the CCD (2229) is punctual and centered. step 14: CCD (2229) and (2239) in rotation and translation
This step consists in adjusting in rotation the position of (2229) and (2239) so that their axis systems are merged. For this purpose, the command words COM [1,128,128], COM [1,250,128], COM [1,128,250] are used alternately. The two sensors are set in translation in a plane orthogonal to the axis (2264) and in rotation about this same axis. On each sensor we define a coordinate system (i, j) or the indexes pixels and / go from 0 to Npix - 1 with Npix = 256, and which marks the useful area of the sensor which will be used later. The origin point of the coordinate system, with coordinates (0,0), can be any of the four corners of the useful area of the sensor. At the same time as the adjustment is made, the origin point of the coordinate system is chosen. The criteria for setting and choosing the origin point are the same for both sensors and are as follows: - when COM [1,128,128] is used, the point of impact of the illumination beam, ie the direct light beam on (2229) or its reverse indicator on (2239), must be at the point of coordinates (128,128).
-quand COM[1,250,128] est utilisé, le point d'impact du faisceau d'éclairage doit être en un point de coordonnées (x,128) ou x est positif. -When COM [1,250,128] is used, the point of impact of the illumination beam must be at a coordinate point (x, 128) where x is positive.
-quand COM[1,128,6] est utilisé, le point d'impact du faisceau d'éclairage doit être en un point de coordonnées (128,x) ou x est positif. -When COM [1,128,6] is used, the point of impact of the illumination beam must be at a coordinate point (128, x) where x is positive.
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Les systèmes de coordonnées ainsi déterminés sont définis par leur point origine Op et leurs
vecteurs de base unitaires 17 , c'est-à-dire par les repères (<9, /#, y'p ) ou p est l'indice du capteur (p=0 pour (2239) etp=l pour (2229)). The coordinate systems thus determined are defined by their origin point Op and their
unitary basic vectors 17, that is to say by the marks (<9, / #, y'p) where p is the index of the sensor (p = 0 for (2239) and p = 1 for (2229) ).
Ces systèmes de coordonnées seront systématiquement utilisés par la suite. These coordinate systems will be systematically used later.
7. 4. Détermination du module de l'onde de référence. 7. 4. Determination of the modulus of the reference wave.
Comme dans le premier mode de réalisation, les filtres (2255) et (2256) sont réglés pour que le niveau de l'onde de référence soit d'environ le quart du niveau maximal autorisé par le digitaliseur, soit un niveau de 256/4=64 dans le cas d'un échantillonnage sur 8 bits du signal vidéo, et ce sur les deux capteurs. As in the first embodiment, the filters (2255) and (2256) are set so that the level of the reference wave is about a quarter of the maximum level allowed by the digitizer, a level of 256/4 = 64 in the case of 8-bit sampling of the video signal on both sensors.
Cette onde de référence est ensuite déterminée comme dans le premier mode de réalisation, mais du fait que deux capteurs sont présents on obtient un tableau Iref [ p, i, j] ou i,j sont les indices pixels comme dans le premier mode de réalisation, et oup est l'indice capteur soit/?=0 pour (2239) etp=l pour (2229). This reference wave is then determined as in the first embodiment, but because two sensors are present one obtains an array Iref [p, i, j] or i, j are the pixel indices as in the first embodiment. , and oup is the sensor index that is /? = 0 for (2239) andp = 1 for (2229).
Iref [0, i, j] est l'intensité reçue sur le capteur (2239) lorsque seul le faisceau FRD est présent et Iref[1,i,j] est l'intensité reçue sur le capteur (2229) lorsque seul le faisceau FRG est présent. Iref [0, i, j] is the intensity received on the sensor (2239) when only the FRD beam is present and Iref [1, i, j] is the intensity received on the sensor (2229) when only the beam FRG is present.
7. 5. Prise d'image bidimensionnelle simple. 7. 5. Simple two-dimensional image pickup.
On a vu dans le premier mode de réalisation comment une représentation fréquentielle bidimensionnelle en nombres complexes peut être générée à partir de trois images différant entre elles par la différence de phase entre l'onde d'éclairage et l'onde de référence. Dans les phases de réglage qui suivent on sera amené à générer ce type de représentation fréquentielle. Pour générer une telle représentation, le système réalise trois images successives avec des décalages successifs de +120, 0,-120 degrés appliqués à l'onde d'éclairage. L'ordre des déphasages est inversé par rapport à celui utilisé dans le premier mode de réalisation car ils sont appliqués à l'onde d'éclairage et non à l'onde de référence. Ceci donne un tableau de pixels I[d, p,i, j] ou l'indice d variant de 0 à 2 indice le déphasage et ou l'indice p désigne le capteur. La représentation fréquentielle en est déduite par:
On obtient, à chaque acquisition, une image pour chaque capteur, et le tableau S[p,i,j] comporte donc un sous-tableau pour chaque capteur, l'indice p désignant le capteur. Toutefois dans la phase de réglage on n'utilisera en général qu'une seule de ces deux images. In the first embodiment, we have seen how a two-dimensional frequency representation in complex numbers can be generated from three images differing from one another by the phase difference between the illumination wave and the reference wave. In the adjustment phases that follow, we will have to generate this type of frequency representation. To generate such a representation, the system produces three successive images with successive offsets of +120, 0, -120 degrees applied to the illumination wave. The order of the phase shifts is reversed from that used in the first embodiment because they are applied to the illumination wave and not to the reference wave. This gives an array of pixels I [d, p, i, j] where the index d varying from 0 to 2 index the phase shift and where the index p denotes the sensor. The frequency representation is deduced by:
At each acquisition, an image is obtained for each sensor, and the array S [p, i, j] therefore comprises a sub-array for each sensor, the index p designating the sensor. However, in the adjustment phase, only one of these two images will generally be used.
7.6.Obtention des paramètres Kp et réglage des diaphragmes. 7.6.Objects of Kp parameters and adjustment of diaphragms.
Ces paramètres correspondent au paramètre K du premier mode de réalisation, mais du fait des dissymétries de réalisation le paramètre n'est pas forcément le même pour chaque capteur. On définit donc These parameters correspond to the parameter K of the first embodiment, but because of the dissymmetries of realization, the parameter is not necessarily the same for each sensor. So we define
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deux paramètres K0 et K1 correspondant aux deux capteurs. Ces paramètres sont obtenus comme dans le premier mode de réalisation, par prise d'image simple en utilisant un micromètre objectif. Le micromètre objectif utilisé doit cependant être conçu pour cet usage : marques doivent être faites sur une lamelle fine, une lame épaisse ne pouvant être utilisée avec ce microscope. two parameters K0 and K1 corresponding to the two sensors. These parameters are obtained as in the first embodiment, by taking a simple image using an objective micrometer. The objective micrometer used, however, must be designed for this purpose: marks must be made on a thin slide, a thick slide can not be used with this microscope.
Dans un premier temps les objectifs doivent être correctement focalisés. A cette fin, les faisceaux parallèles FED et FEG sont supprimés. Seules les ondes de référence FRD et FRG sont présentes. Les miroirs (2282) et (2247) sont utilisés pour obtenir des ondes centrées à double sens de propagation. Les miroirs (2243) et (2232) sont obturés. Le décaleur de phase (2251) est utilisé pour modifier la phase des ondes. Le micromètre est déplacé pour que les marques soient hors du champ des objectifs. L'onde mesurée d'un coté des objectifs est l'équivalent de l'onde de référence utilisée de l'autre coté. Le programme décrit en 7.3.3.1. avec transformation de Fourier permettant de passer du domaine fréquentiel au domaine spatial, est utilisé pour évaluer la ponctualité de l'image. La position des objectifs est ajustée pour obtenir un point centré au milieu de l'image. At first the objectives must be properly focused. For this purpose, parallel beams FED and FEG are suppressed. Only FRD and FRG reference waves are present. The mirrors (2282) and (2247) are used to obtain two-directional waves of propagation. The mirrors (2243) and (2232) are closed. The phase shifter (2251) is used to modify the phase of the waves. The micrometer is moved so that the marks are out of the scope of the objectives. The wave measured on one side of the objectives is the equivalent of the reference wave used on the other side. The program described in 7.3.3.1. with Fourier transformation to pass from the frequency domain to the spatial domain, is used to evaluate the punctuality of the image. The position of the lenses is adjusted to obtain a center point in the middle of the image.
Dans un deuxième temps, l'échantillon doit être correctement positionné. Les miroirs (2282) (2247) (2243) (2232) sont obturés. Seul le faisceau FEG est utilisé, avec un mot de commande du déviateur
de faisceau COM[0,128.128]. La position de l'échantillon dans le plan horizontal est modifiée jusqu'à ce que l'on obtienne une modification caractéristique de l'onde reçue sur les capteurs en l'abscence d'onde de référence, comme dans le premier mode de réalisation. In a second step, the sample must be correctly positioned. The mirrors (2282) (2247) (2243) (2232) are closed. Only the FEG beam is used, with a deviator command word
COM beam [0.128.128]. The position of the sample in the horizontal plane is modified until a characteristic change in the wave received on the sensors is obtained in the absence of a reference wave, as in the first embodiment.
L'onde de référence FRD est alors réintroduite et un programme de focalisation semblable à celui utilisé dans le premier mode de réalisation, et utilisant l'image obtenue sur le capteur (2239) , est lancé. Ce programme diffère cependant de celui utilisé dans le premier mode de réalisation en ce que les modifications de phase et d'amplitude de l'onde d'éclairage sont maintenant commandées par les dispositifs (2204) et (2205) et en ce que la valeur rapport~moy caractéristique de l'atténuation est réelle et est celle qui a été mesurée en 7. 3.2.2. entre deux positions de l'atténuateur de faisceau qui sont seules utilisées içi. The reference wave FRD is then reintroduced and a focusing program similar to that used in the first embodiment, and using the image obtained on the sensor (2239), is launched. This program, however, differs from that used in the first embodiment in that the phase and amplitude changes of the illumination wave are now controlled by the devices (2204) and (2205) and that the value ratio ~ average characteristic of the attenuation is real and is that which has been measured in 7. 3.2.2. between two positions of the beam attenuator that are used alone here.
La position du diaphragme (2213) est alors ajustée dans un plan perpendiculaire à (2264) de manière à ce que son image soit correctement centrée. Son ouverture est ajustée de manière à être aussi élevée que possible, le diaphragme devant toutefois rester entièrement visible sur l'image obtenue. La position du micromètre est alors ajustée dans le sens vertical de manière à en obtenir une image nette. Sur cette image , on mesure alors la distance (Dpix) entre deux graduations séparées par une distance réelle Dreel -
Les faisceau FEG et FRD sont alors supprimés. Le faisceau FED est introduit avec le mot de commande du déviateur de faisceau COM[1,128,128]. Le faisceau de référence FRG est également introduit. The position of the diaphragm (2213) is then adjusted in a plane perpendicular to (2264) so that its image is correctly centered. Its aperture is adjusted to be as high as possible, the diaphragm must however remain entirely visible on the image obtained. The position of the micrometer is then adjusted in the vertical direction so as to obtain a clear image. In this image, we measure the distance (Dpix) between two graduations separated by a real distance Dreel -
The FEG and FRD beams are then deleted. The FED beam is introduced with the command word of the beam deflector COM [1,128,128]. The FRG reference beam is also introduced.
On relance le programme de focalisation, qui cette fois utilise l'image reçue sur le capteur (2229). La position du diaphragme (2223) est alors ajustée dans un plan perpendiculaire à (2264) de manière à ce que son image soit correctement centrée. Son ouverture est ajustée de manière à être aussi élevée que possible, le diaphragme devant toutefois rester entièrement visible sur l'image obtenue. Sur l'image obtenue, on mesure la distance (Dpix)1 entre les mêmes graduations que précédemment. The focus program is restarted, which this time uses the image received on the sensor (2229). The position of the diaphragm (2223) is then adjusted in a plane perpendicular to (2264) so that its image is correctly centered. Its aperture is adjusted to be as high as possible, the diaphragm must however remain entirely visible on the image obtained. On the image obtained, we measure the distance (Dpix) 1 between the same graduations as before.
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(Dpix)est la distance en pixels mesurée sur l'image issue du capteur indicé p, avec p=0 pour (2239) et p=1 pour (2229) Dreel est la même pour chaque mesure. (Dpix) is the distance in pixels measured on the image from the indexed sensor p, with p = 0 for (2239) and p = 1 for (2229) Dreel is the same for each measurement.
Npix est le nombre de pixels de la zone utile de capteur et de la transformée de Fourier utilisée dans le programme de focalisation soit par exemple Npix =256. Npix is the number of pixels of the useful sensor area and the Fourier transform used in the focusing program, for example Npix = 256.
Les ouvertures de diaphragmes obtenues à l'issue de cette procédure seront maintenues par la suite. The openings of diaphragms obtained at the end of this procedure will be maintained thereafter.
7.7.Différence de marche induite sur un faisceau parallèle. 7.7.Difference of walking induced on a parallel beam.
L'échantillon observé n'a pas nécessairement pour indice moyen l'indice nominal des objectifs. The sample observed does not necessarily have a mean index of the nominal index of objectives.
Cette différence d'indice peut entraîner une abberration sphérique importante. Il est nécessaire, pour corriger cette abberration, de prendre en compte l'indice moyen no dans l'échantillon et l'épaisseur L de l'échantillon compris entre deux lamelles à l'indice nominal. This index difference can lead to significant spherical abberration. In order to correct this aberration, it is necessary to take into account the average index no in the sample and the thickness L of the sample between two lamellae at the nominal index.
La reconstitution ultérieure d'une image tridimensionnelle nécessite également la connaissance de la position relative des points d'origine virtuels des faisceaux de référence utilisés de chaque coté du système. On définit cette position relative par x,y,z qui sont les coordonnées du point d'origine du faisceau de référence utilisé dans la partie gauche par rapport au point d'origine du faisceau utilisé dans la partie droite. Subsequent reconstruction of a three-dimensional image also requires knowledge of the relative position of the virtual origin points of the reference beams used on each side of the system. This relative position is defined by x, y, z which are the coordinates of the origin point of the reference beam used in the left part with respect to the origin point of the beam used in the right part.
Les paramètres x,y,z,L, no entraînent des déphasages d'une onde parallèle traversant l'échantillon. The parameters x, y, z, L, no cause phase shifts of a parallel wave crossing the sample.
Le calcul de ces déphasages est exposé ci-après: -correspondance entre la direction d'un faisceau parallèle dans l'objet et les coordonnées du point correspondant sur le capteur: i et jsont les coordonnées d'un pixel par rapport au centre optique, exprimées en pixels, sur le capteur p, dans le repère défini à l'étape 14 du cycle de réglage décrit en 7. 3.3.2. Un vecteur unitaire parallèle au vecteur fréquence dans l'objet a pour coordonnées, dans un repère orthonormé #p,bp, #p ou #p est
parallèle à (2263) et ou â p, b se déduisent simplement des vecteurs i. 1 jp définis en 7.3.3.3.:
et il fait avec l'axe (2263) un angle de: sin [alpha]=1/@#i2 + j2
Kp Si le faisceau issu de l'objectif n'était pas dévié par les miroirs (2214) (2215) (2216) ou (2222) (2221) (2220) les vecteurs #p, #p seraient égaux aux vecteurs #p,#p. Bien que ce ne soit pas réellement le cas, les The calculation of these phase shifts is explained below: -correspondence between the direction of a parallel beam in the object and the coordinates of the corresponding point on the sensor: i and j are the coordinates of a pixel with respect to the optical center, expressed in pixels, on the sensor p, in the reference defined in step 14 of the control cycle described in 7. 3.3.2. A unit vector parallel to the frequency vector in the object has coordinates, in an orthonormal frame # p, bp, #p or #p is
parallel to (2263) and where p, b simply deduce vectors i. 1 jp defined in 7.3.3.3 .:
and it makes with the axis (2263) an angle of: sin [alpha] = 1 / @ # i2 + j2
Kp If the beam from the objective was not deflected by the mirrors (2214) (2215) (2216) or (2222) (2221) (2220) the vectors #p, #p would be equal to the vectors #p, #p. Although this is not really the case,
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vecteurs de base <?#,&#, c seront notés dans la suite de l'exposé 7p,jp,kp, sans différencier les vecteurs #p,bp des vecteurs correspondants #p,# définis en 7. 3.3.3. sur les capteurs.
base vectors <? #, &#, c will be noted in the following of the presentation 7p, jp, kp, without differentiating the vectors # p, bp from the corresponding vectors # p, # defined in 7. 3.3.3. on the sensors.
-différence de marche induitepar laprésence de l'objet: La Fig.45 montre le principe de calcul de cette différence de marche. On a:
bzz = lono -lyny ou nv désigne l'indice nominal des objectifs, c'est-à-dire l'indice pour lequel ils ont été conçus et qui doit être celui de l'huile optique employée. # = Lno cosss- Lnv cosa
soit:
-Différence de marche induite par un déplacement du point éclairé: La grandeur accessible à la mesure est la différence de marche entre le faisceau inversé issu de FRG et le faisceau de référence FRD. Si ces deux faisceaux sont confondus et si le milieu séparant les objectifs a pour indice l'indice nominal des objectifs, la différence de marche est nulle. Cependant, si le point d'origine virtuel du faisceau de référence FRD a pour coordonnées (x,y,z) par rapport au point d'origine virtuel du faisceau de référence FRG, matérialisé par le point de focalisation de son faisceau inversé, alors cette différence de marche est calculée comme suit:
On utilise le vecteur v=(x,y,z) et le vecteur u défini plus haut. La Fig.46 montre le principe géométrique de calcul. La différence de marche induite est:
différence de marche totale: c'est la somme de la différence de marche dûe à la présence de l'objet et de celle dûe à la non-coincidence des points source.
-difference of walking induced by the presence of the object: Fig.45 shows the principle of calculation of this difference in operation. We have:
bzz = lono -lyny or nv denotes the nominal index of the objectives, that is to say the index for which they were designed and which must be that of the optical oil used. # = Lno cosss- Lnv cosa
is:
-Difference of step induced by a shift of the illuminated point: The magnitude accessible to the measurement is the difference in operation between the inverted beam resulting from FRG and the reference beam FRD. If these two beams are confused and if the medium separating the objectives is indexed to the nominal index of the objectives, the difference in path is zero. However, if the virtual origin point of the reference beam FRD has coordinates (x, y, z) with respect to the virtual origin point of the reference beam FRG, materialized by the focusing point of its inverted beam, then this difference in market is calculated as follows:
The vector v = (x, y, z) and the vector u defined above are used. Fig. 46 shows the geometric principle of computation. The induced difference in walking is:
total walking difference: this is the sum of the difference in walking due to the presence of the object and that due to the non-coincidence of the source points.
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En l'abscence de diaphragme, l'onde mesurée sur l'onde mesurée au point du capteur de coordonnées (i,j) vaut donc:
In the absence of a diaphragm, the wave measured on the wave measured at the point of the coordinate sensor (i, j) is therefore:
7. 8. Programme de maximisation. 7. 8. Maximization program.
7. 8.1. Principe. 7. 8.1. Principle.
Dans le cas 'idéal' ou l'échantillon est simplement une lame d'épaisseur L et d'indice no , on peut utiliser une méthode simple pour déterminer les valeurs de x,y,z,L, no . Pour ce réglage les faisceaux d'éclairage FED et FEG sont supprimés et les faisceaux de référence FRD et FRG sont introduits en utilisant les miroirs (2282) et (2247) pour renvoyer des faisceaux symétriques vers les objectifs. Le faisceau FRG réfléchi par (2282) et se dirigeant vers l'objectif (2219) est centré sur un point central du diaphragme (2224). Il est focalisé par l'objectif (2219) en un point de l'objet (2218). Il traverse ensuite l'objectif (2217) et parvient au CCD (2239) sur lequel il se superpose au faisceau de référence FRD réfléchi par le miroir semi-transparent (2245) en direction du CCD (2239). Le décaleur de phase (2251) est utilisé pour générer un décalage de phase entre les deux faisceaux, ce qui permet de mesurer en valeur complexe le faisceau issu de FRG et reçu sur (2239), en utilisant la procédure de prise d'image simple décrite en 7. 5. L'onde ainsi
reçue est stockée dans un tableau Frec de dimensions N plX x N p,x . En pratique la méthode d'acquisition différera souvent du cas idéal mais permettra toujours
l'acquisition d'un tableau F,ec de dimensions N p,x x N p,x équivalent à celui qui serait obtenu dans le cas idéal. In the 'ideal' case where the sample is simply a lamina of thickness L and index no, a simple method can be used to determine the values of x, y, z, L, no. For this setting the FED and FEG light beams are removed and the FRD and FRG reference beams are introduced using the mirrors (2282) and (2247) to return symmetrical beams to the lenses. The FRG beam reflected by (2282) and heading toward the objective (2219) is centered on a central point of the diaphragm (2224). It is focused by the objective (2219) at a point of the object (2218). It then crosses the objective (2217) and reaches the CCD (2239) on which it is superimposed on the reference beam FRD reflected by the semi-transparent mirror (2245) towards the CCD (2239). The phase shifter (2251) is used to generate a phase shift between the two beams, which makes it possible to measure in a complex value the beam coming from FRG and received on (2239), by using the simple imaging procedure described in 7. 5. The wave thus
received is stored in a Frec array of dimensions N plX x N p, x. In practice, the acquisition method will often differ from the ideal case but will always
the acquisition of an array F, ec of dimensions N p, xx N p, x is equivalent to that which would be obtained in the ideal case.
Du fait des décalages de phase induits par l'échantillon, la valeur de l'onde en un point en l'abscence de diaphragme, et dans un repère centré sur le centre optique, est donnée par la formule établie en 7.7.: r ########### @
La présence du diaphragme a en outre un effet de filtrage qui peut également être simulé. Because of the phase shifts induced by the sample, the value of the wave at a point in the absence of a diaphragm, and in a coordinate system centered on the optical center, is given by the formula established in 7.7 .: r # ########## @
The presence of the diaphragm also has a filtering effect which can also be simulated.
Le programme utilisé a pour objectif de calculer x,y,z,L, no en minimisant la différence entre l'onde ainsi simulée et l'onde réellement reçue. The purpose of the program used is to calculate x, y, z, L, no by minimizing the difference between the wave thus simulated and the wave actually received.
Cette différence peut être caractérisée par l'écart-type #(x,y,z, L,no) entre l'onde simulée et
l'onde reçue. L'onde reçue étant enregistrée dans un tableau F,ec de dimensions N p,x x N p,x , cet écart- type peut être calculé de la manière suivante, en 6 étapes, pour une valeur donnée du quintuplet
x Y z> L no : This difference can be characterized by the standard deviation # (x, y, z, L, no) between the simulated wave and
the received wave. The received wave being recorded in an array F, ec of dimensions N p, xx N p, x, this standard deviation can be calculated in the following manner, in 6 steps, for a given value of the quintuplet
x Y z> L no:
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étape 1-la représentation fréquentielle suivante, de dimensions Nc x Nc avec par exemple Nc =4096, est calculée :
Nc Nc Nc
avec e = bzz 0 et ou ic et jc sont les indices centres soit: ic = i - 2 , jc = j -
Npix 2 2 étape 2-la transformée de Fourier inverse de Fc est calculée. étape 3-Fc étant maintenant en représentation spatiale, la présence du diaphragme constitue une simple limitation dans ce domaine. Le programme calcule donc le tableau Fd de dimensions Npix x Npix en l'initialisant à 0 puis en effectuant:
pour tous les couples (i,j) tels que
étape 4- le programme effectue une transformation de Fourier du tableau Fd
E[M] étape 5- Le programme calcule la valeur rapport = i,J :IFd[i,j]1 2 qui permet de recaler en phase et i, j en intensité le tableau Fd avant de le comparer à Frec.
étape 6- Le programme calcule alors l'écart-type ()2 (x,y,z, L,no) = 1 IF,,, [i, j] - rapport. Fd[,@j,12 Ili
Le programme de calcul de x,y,z,L, no détermine la valeur de x,y,z,L, no qui permet de minimiser l'écart-type ainsi calculé. Tout programme de minimisation de la grandeur #2 (x,y,z, L,no) peut être utilisé de manière équivalente. L'algorithme décrit en 7. 8.2. constitue un exemple d'un tel programme mais peut être remplacé par tout programme de minimisation équivalent. step 1-the following frequency representation, of dimensions Nc × Nc with for example Nc = 4096, is calculated:
Nc Nc Nc
with e = bzz 0 and where ic and jc are the indices centers either: ic = i - 2, jc = j -
Npix 2 2 step 2-the inverse Fourier transform of Fc is calculated. step 3-Fc now being in spatial representation, the presence of the diaphragm constitutes a simple limitation in this field. The program therefore calculates the table Fd of dimensions Npix x Npix by initializing it to 0 then by carrying out:
for all couples (i, j) such as
step 4- the program performs a Fourier transformation of the Fd array
E [M] step 5- The program calculates the value ratio = i, J: IFd [i, j] 1 2 which makes it possible to recalibrate in phase and i, j in intensity the table Fd before comparing it with Frec.
step 6 The program then calculates the standard deviation () 2 (x, y, z, L, no) = 1 IF ,,, [i, j] - ratio. Fd [, @ j, 12 Ili
The program of calculation of x, y, z, L, no determines the value of x, y, z, L, no which makes it possible to minimize the thus calculated standard deviation. Any program for minimizing magnitude # 2 (x, y, z, L, no) can be used in an equivalent way. The algorithm described in 7. 8.2. is an example of such a program but can be replaced by any equivalent minimization program.
Pour simplifier les calculs et faciliter la convergence, la minimisation de #2 (x, y, z, L,no) est remplacée dans l'algorithme décrit en 7. 8.2. par la maximisation d'une grandeur caractéristique qui varie selon une variable mode qui augmente au fur et à mesure que l'algorithme converge vers la solution. 3 valeurs de mode sont utilisées:
~ - j 2n 4 mode= 1: l'image réellement reçue est corrigée en phase par multiplication par e #. Une transformée de Fourier inverse permet d'obtenir une représentation spatiale. La grandeur choisie est le maximum du module sur l'ensemble de la représentation spatiale. To simplify calculations and facilitate convergence, the minimization of # 2 (x, y, z, L, no) is replaced in the algorithm described in 7. 8.2. by maximizing a characteristic quantity that varies according to a mode variable that increases as the algorithm converges to the solution. 3 mode values are used:
~ - j 2n 4 mode = 1: the image actually received is corrected in phase by multiplication by e #. An inverse Fourier transform makes it possible to obtain a spatial representation. The chosen size is the maximum of the module over the whole of the spatial representation.
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mode=2: identique au cas mode= 1, mais la partie centrale de la représentation spatiale est suréchantillonnée et la grandeur choisie est la valeur du module au barycentre des points de la représentation spatiale. mode=3: l'onde devant être reçue sur le capteur pour les valeurs considérées de x,y,z,L, no est calculée en tenant compte du filtrage par le diaphragme. La grandeur choisie est l'opposé de l'écart-type entre l'onde ainsi simulée et l'onde réellement reçue soit -#2 (x, y, z, L,no)
7. 8.2. Algorithme. mode = 2: identical to the mode = 1 case, but the central part of the spatial representation is oversampled and the chosen size is the value of the module at the center of the points of the spatial representation. mode = 3: the wave to be received on the sensor for the considered values of x, y, z, L, no is calculated taking into account the filtering by the diaphragm. The magnitude chosen is the opposite of the standard deviation between the simulated wave and the actually received wave is - # 2 (x, y, z, L, no)
7. 8.2. Algorithm.
L'algorithme de ce programme est décrit par les Fig. 47 à 50 et la Fig.60
La Fig. 47 décrit le niveau le plus élevé du programme. Ce niveau consiste en une double boucle de variation de l'indice no. Le programme calcule nopixels valeurs de maxb, plus grande valeur atteinte par la grandeur caractéristique pour l'indice no, entre nomin et nomax. Ceci correspond à la boucle interne (3201). Le programme détermine la nouvelle valeur de nocentre, qui doit correspondre à la valeur maximale de maxb. Il commence alors une nouvelle itération du type (3201) ou les valeurs de no sont centrées autour de la nouvelle valeur de nocentre et ou la largeur nolarg=nomax-nomin de l'intervalle de recherche a été divisée par 2. Ceci constitue la boucle externe (3202) qui est réitérée jusqu'à ce que la largeur de l'intervalle de recherche corresponde à la précision recherchée sur l'indice no. Cette méthode évite d'avoir à tester trop de valeurs de no pour parvenir à un résultat de précision donnée. The algorithm of this program is described by Figs. 47 to 50 and Fig.60
Fig. 47 describes the highest level of the program. This level consists of a double loop of variation of the index no. The program calculates nopixels values of maxb, the largest value reached by the characteristic quantity for the index no, between nomin and nomax. This corresponds to the inner loop (3201). The program determines the new nocentre value, which must match the maximum value of maxb. It then starts a new iteration of the type (3201) where the values of no are centered around the new nocentre value and the width nolarg = nomax-nomin of the search interval has been divided by 2. This constitutes the loop external (3202) which is reiterated until the width of the search interval corresponds to the desired precision on the index no. This method avoids having to test too many values of no to arrive at a given precision result.
Le programme doit disposer en entrée des valeurs suivantes: - valeurs minimales et maximales de chaque valeur recherchée compte tenu des informations disponibles.
nomin ini, nomax ini (indice no ), Lmin,Lmax (largeur L), zmin,zmax (profondeur z). Le programme n'a pas besoin d'une valeur maximale et minimale des coordonnées x et y. The program must have as input the following values: - minimum and maximum values for each value sought based on available information.
nomin ini, nomax ini (index no), Lmin, Lmax (width L), zmin, zmax (depth z). The program does not need a maximum and minimum value of the x and y coordinates.
- paramètres de fonctionnement, par exemple nopixels= 5 et pixels=50 - image obtenue par exemple de la manière décrite en 7.8.1., sous la forme d'un tableau de nombres
complexes F,ec [i, y] de dimensions NpixxNpix. - operating parameters, for example nopixels = 5 and pixels = 50 - image obtained for example in the manner described in 7.8.1., in the form of a table of numbers
complexes F, ec [i, y] of dimensions NpixxNpix.
Les étapes principales du programme sont: - (3203) : la valeur courante de no est calculée. The main steps of the program are: - (3203): the current value of no is calculated.
- (3204) : cette procédure calcule la valeur maximale maxb atteinte par la grandeur caractéristique pour l'indice no courant, ainsi que les valeurs correspondantes de x,y,z,L. Elle est détaillée Fig.48 - (3205) : Lorsque la valeur maxb correspondant à l'itération courante est supérieure à max~no, les valeurs courantes de x,y,z,L, (calculées par la procédure (3204)), et no sont stockées et constituent l'approximation courante du résultat recherché. - (3204): this procedure calculates the maximum value maxb reached by the characteristic quantity for the non current index, as well as the corresponding values of x, y, z, L. It is detailed Fig.48 - (3205): When the value maxb corresponding to the current iteration is greater than max ~ no, the current values of x, y, z, L, (calculated by the procedure (3204)), and no are stored and are the current approximation of the desired result.
- (3206) : La largeur est comparée à une certaine limite pour déterminer la condition de convergence. On # peut par exemple avoir lim = 0.05#/L nopixels
L - (3206): The width is compared to a certain limit to determine the convergence condition. For example, we can have lim = 0.05 # / L nopixels
The
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- (3207): Le programme se termine. Les valeurs x f , y f , z f , L f , nocentre correspondent à la meilleure approximation des valeurs réelles de x,y,z,L, no . Elles sont affichées et enregistrées pour être réutilisées ultérieurement.
- (3207): The program ends. The values xf, yf, zf, L f, nocenter correspond to the best approximation of the real values of x, y, z, L, no. They are displayed and saved for later use.
Pour chaque indice no la procédure (3204) calcule une valeur maximale de la grandeur caractéristique et les valeurs associées de x,y,z,L. Toutefois un changement de variables est effectué et les variables réellement utilisées dans la procédure sont x,y,u,v avec: u = cL + v=L-cz c = nv-1 no ou nv est l'indice nominal des objectifs. For each index no the procedure (3204) computes a maximum value of the characteristic quantity and the associated values of x, y, z, L. However, a change of variables is performed and the variables actually used in the procedure are x, y, u, v with: u = cL + v = L-cz c = nv-1 no where nv is the nominal index of objectives.
La procédure consiste à faire varier u etv et pour chaque couple (u, v) à calculer x,y, et la valeur max de la grandeur caractéristique. The procedure is to vary u etv and for each pair (u, v) to compute x, y, and the max value of the characteristic quantity.
Le couple (u,v) varie dans un premier temps sur un ensemble discret de points de taille upixels x vpixels , u et v variant respectivement sur des intervalles de largeur ularg et vlarg centrés autour des points ucentre ini et vcentre~inl. Le programme détermine la valeur nouvelle de (ucentre,vcentre) qui correspond au couple (u,v) pour lequel la valeur max est la plus élevée. Il détermine également des valeurs xbar et ybar qui correspondent à l'écart entre les valeurs de x,y utilisées pour le calcul et la valeur de x,y affinée à l'issue du calcul. Ces opérations constitue la procédure (3305) détaillée Fig. 49
Lorsque une nouvelle valeur de (ucentre,vcentre) a été obtenue, le programme diminue la largeur
ularg et vlarg des intervalles de recherche, ainsi que leurs centres ucentre-ini, vcentre ini et les valeurs de x et y, puis calcule la valeur #dif. Si la valeur obtenue est inférieure à une limite fixée comme critère de convergence, le programme calcule z et L par inversion du changement de variables, ce qui termine la procédure (3204). Sinon, il modifie éventuellement le choix de grandeur caractéristique (modification de mode), puis répète la procédure (3305). Ceci constitue la boucle (3301). L'ensemble de ces opérations constitue la procédure (3204) décrite Fig. 48
La Fig.48 décrit la procédure (3204). Ses étapes essentielles sont: - (3302): les intervalles de variation de u et v sont déterminés. The pair (u, v) varies firstly on a discrete set of upixel x vpixel size points, u and v varying respectively over intervals of width ularg and vlarg centered around the points ucentre ini and vcentre ~ inl. The program determines the new value of (ucentre, vcentre) which corresponds to the pair (u, v) for which the max value is the highest. It also determines xbar and ybar values that correspond to the difference between the values of x, y used for the calculation and the value of x, y refined at the end of the calculation. These operations constitute the procedure (3305) detailed in FIG. 49
When a new value of (ucentre, vcentre) has been obtained, the program decreases the width
ularg and vlarg search ranges, as well as their centers ucentre-ini, vcentre ini and the values of x and y, then computes the value #dif. If the value obtained is less than a limit set as a convergence criterion, the program calculates z and L by inverting the change of variables, which ends the procedure (3204). Otherwise, it optionally modifies the choice of characteristic quantity (mode modification), then repeats the procedure (3305). This constitutes the loop (3301). All of these operations constitute the procedure (3204) described in FIG. 48
Fig.48 describes the procedure (3204). Its essential stages are: - (3302): the intervals of variation of u and v are determined.
- (3303) : Cette procédure a pour objet de déterminer upixels et vpixels d'une manière optimale. Son algorithme est décrit par la Fig.60. - (3303): The purpose of this procedure is to determine upixels and vpixels optimally. Its algorithm is described in Fig.60.
- (3304) : L'écart de (phase/27t) causé par la traversée de la lame et le déplacement suivant z du point d'impact à un faisceau de direction parallèle àz est: dif = 1/#((no-nv)L + nvz), On considère que l'algorithme a convergé quant cette grandeur est connue avec une précision suffisante. L'incertitude sur cette grandeur vaut: - (3304): The deviation of (phase / 27t) caused by traversing the blade and the following displacement z from the point of impact to a direction beam parallel to z is: dif = 1 / # ((no-nv ) L + nvz), We consider that the algorithm has converged as this quantity is known with sufficient precision. The uncertainty on this quantity is:
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Adif = 1 1 2 noc-n"c+n"u±no +n" +n"cw] # 1+c2 ou Au = ularg et #v = vlarg upixels vpixels Le programme modifie mode et détermine la fin de convergence en fonction la valeur obtenue de #dif . On
peut par exemple avoir liml=2, lim2=0.25,1im3=0.01 - (3305) : cette procédure calcule la grandeur caractéristique pour un ensemble de couples (u,v) et détermine le couple ucentre, vcentre correspondant à la plus grande valeur caractéristique, la valeur maxb de cette grandeur caractéristique, et les valeurs xbar,ybar qui représentent l'écart entre la nouvelle approximation de x,y et les valeurs courantes de x,y. Elle est détaillée Fig.49.
Adif = 1 1 2 noc-n "c + n" u ± no + n "+ n" cw] # 1 + c2 or Au = ularg and #v = vlarg upixels vpixels The program modifies mode and determines the end of convergence in function the value obtained from #dif. We
can for example have liml = 2, lim2 = 0.25,1im3 = 0.01 - (3305): this procedure calculates the characteristic quantity for a set of pairs (u, v) and determines the pair ucentre, vcentre corresponding to the highest characteristic value , the maxb value of this characteristic quantity, and the values xbar, ybar which represent the difference between the new approximation of x, y and the current values of x, y. It is detailed Fig.49.
-(3306): modification de x,y,ularg,vlarg,ucentre ini,vcentre ini le programme effectue les modifications suivantes: x=x+xbar y=y+ybar si upixels # 4 alors ucentre ini, ularg ne sont pas modifiés.
si upixel. 5 alors: ucentre~Im=ucentre et ularg = ularg upixels si vpixels < 4 alors vcentre~ini, vlarg ne sont pas modifiés.
si pixels > 5 alors: vcentre ini=vcentre et vlarg = 4 vlarg vpixels
La Fig.49 décrit la procédure (3305). Ses étapes essentielles sont: - (3401): cette procédure calcule la grandeur caractéristique max pour les valeurs courantes de u,v, no . En mode 1 et 2 elle calcule également xbar et ybar qui représentent l'écart entre la nouvelle approximation de x,y et la valeur en entrée de la procédure. - (3306): modification of x, y, ularg, vlarg, ucentre ini, vcentre ini the program makes the following modifications: x = x + xbar y = y + ybar if upixels # 4 then ucentre ini, ularg are not modified .
if upixel. 5 then: ucentre ~ Im = ucentre and ularg = ularg upixels if vpixels <4 then vcentre ~ ini, vlarg are not modified.
if pixels> 5 then: vcentre ini = vcenter and vlarg = 4 vlarg vpixels
Fig.49 describes the procedure (3305). Its essential steps are: - (3401): this procedure calculates the max characteristic value for the current values of u, v, no. In mode 1 and 2 it also calculates xbar and ybar which represent the difference between the new approximation of x, y and the input value of the procedure.
- (3402) : dans le cas du mode 3, la procédure (3401) n'a pas calculé xbar et ybar. Elle est relancée en mode 2 pour effectuer ce calcul. - (3402): in the case of mode 3, the procedure (3401) did not calculate xbar and ybar. It is restarted in mode 2 to perform this calculation.
La Fig. 50 décrit la procédure (3401). Ses étapes essentielles sont: - (3501): calcul de la représentation fréquentielle corrigée. A partir du tableau Frec [i,j] le programme calcule une représentation corrigée en utilisant:
Fig. 50 describes the procedure (3401). Its essential steps are: - (3501): calculation of the corrected frequency representation. From the table Frec [i, j] the program calculates a corrected representation using:
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Npix $Npix
ou ic et jc sont les indices centrés soit: ic = /' # , je = j On vérifie alors, à une constante près indépendante de i etj:
n, ic jc A nv x-+y-i7C-J+a[i,j]u+b[i,j]v  0 0 Le programme génère la représentation fréquentielle corrigée de la manière suivante:
Npix $ Npix
where ic and jc are the indices centered either: ic = / '#, I = j One checks then, with a constant close independent of i andj:
n, ic jc A nv x- + y-i7C-J + a [i, j] u + b [i, j] v  0 0 The program generates the corrected frequency representation in the following way:
ou yx) = 0 quand Ixl : et y(x) = 1 quand Ixl z , et Au = # , Ou = vlag ' 2 2 upixels vpixels a[i,j] et b[i,j] représentent respectivement les fréquences suivant u et v de la fonction corrigée obtenue. On vérifie que ces fréquences ont toutes deux un signe constant. La multiplication par les fonctions y permet d'annuler les éléments pour lesquels ces fréquences sont trop élevées et d'éviter ainsi les repliements de spectre qui empêcheraient la convergence de l'algorithme.
or yx) = 0 when Ixl: and y (x) = 1 when Ixl z, and Au = #, where = vlag '2 2 upixels vpixels a [i, j] and b [i, j] represent respectively the following frequencies u and v of the corrected function obtained. It is verified that these frequencies both have a constant sign. The multiplication by the functions allows to cancel the elements for which these frequencies are too high and thus to avoid the folds of spectrum which would prevent the convergence of the algorithm.
- (3502) : une transformation de Fourier inverse du tableau Fcor est effectuée. - (3502): an inverse Fourier transformation of the Fcor array is performed.
- (3503): max est la valeur maximale du module sur le tableau Fcor [l,j] On note imax etjmax les coordonnées du pixel en lequel le maximum est atteint. On a alors:
- (3504): la partie centrale du tableau Fcor [i,j] est extraite. On crée ainsi un tableau Fa [i, j] de dimensions NaxNa avec par exemple Na =16:
- (3505): une transformée de Fourier directe est effectuée sur le tableau Fa - (3506) : le tableau Fa est complété par des zéros et on obtient un tableau Fb de dimensions Nb x Nb avec par exemple Nb =512.
et Fb[i,j]= 0 sinon. - (3503): max is the maximum value of the module on the array Fcor [l, j] The coordinates of the pixel in which the maximum is reached are denoted imax and jmax. We then have:
- (3504): the central part of the array Fcor [i, j] is extracted. One thus creates a table Fa [i, j] of dimensions NaxNa with for example Na = 16:
- (3505): a direct Fourier transform is carried out on the array Fa - (3506): the array Fa is completed by zeros and we obtain an array Fb of dimensions Nb x Nb with for example Nb = 512.
and Fb [i, j] = 0 otherwise.
- (3507) : la transformation de Fourier inverse du tableau Fb est effectuée. - (3507): the inverse Fourier transformation of the table Fb is carried out.
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- (3508): xbar,ybar,max sont calculés par les formules:
IFblll2i imax ="J lFb j]12 :IFb[i,j]12 IFbleI2j jmax I,J Jmax = :IFb[i,j]\2 max = Fb [imax, jmax]1 xbar n, N N Cimax- N61 pix Nb 2 ybar K0A Na jmoec - Nb ybar = nyN 0 plX Nb jmax- 2 - (3509):la représentation fréquentielle suivante, de dimensions Nc x Nc avec par exemple Nc =4096, est calculée :
- (3508): xbar, ybar, max are calculated by the formulas:
IFblll2i imax = "J lFb j] 12: IFb [i, j] 12 IFbleI2j jmax I, J Jmax =: IFb [i, j] \ 2 max = Fb [imax, jmax] 1 xbar n, NN Cimax-N61 pix Nb 2 ybar K0A Na jmoec - Nb ybar = nyN 0 plX Nb jmax- 2 - (3509): the following frequency representation, of dimensions Nc x Nc with for example Nc = 4096, is calculated:
avec Re = ## Ko et ou ic et jc sont les indices centrés soit: ic = i #- , jc = j - #A/ Npix - (3510): la transformée de Fourier inverse de Fc est calculée.
with Re = ## Ko and where ic and jc are the indices centered either: ic = i # -, jc = j - # A / Npix - (3510): the inverse Fourier transform of Fc is calculated.
(3511): Fc étant maintenant en représentation spatiale, la présence du diaphragme constitue une simple limitation dans ce domaine. Le programme calcule donc le tableau Fd de dimensions Npix x Npix en l'initialisant à 0 puis en effectuant:
pour tous les couples (i,j) tels que
- (3512) : le programme effectue une transformation de Fourier du tableau Fd
1 F,,, [i, j]Fd [', il (3513): Le programme calcule la valeur rapport = i,j :IFd[i,j]! 2 i, j (3511): Since Fc is now in spatial representation, the presence of the diaphragm constitutes a simple limitation in this field. The program therefore calculates the table Fd of dimensions Npix x Npix by initializing it to 0 then by carrying out:
for all couples (i, j) such as
- (3512): the program performs a Fourier transformation of the array Fd
1 F ,,, [i, j] Fd [', il (3513): The program calculates the value ratio = i, j: IFd [i, j]! 2 i, j
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- (3514) : Le programme calcule alors la grandeur caractéristique max:
max = ~l IF@ [,@ j, ~ rapport. Fi [,@ j,12
I, J
La Fig. 60 décrit la procédure (3303). Cette procédure vise à déterminer upixels et vpixels suivant les principes explicités ci-après: On peut exprimer la grandeur #/# calculée en 7. 7. , à une constante près, sous la forme:
avec :
s = #i2+j2/K02, i et j étant des indices centrés. - (3514): The program then calculates the max characteristic value:
max = ~ l IF @ [, @ j, ~ ratio. Fi [, @ j, 12
I, J
Fig. 60 describes the procedure (3303). This procedure aims to determine upixels and vpixels according to the principles explained below: We can express the magnitude # / # calculated in 7. 7., to a constant, in the form:
with:
s = # i2 + j2 / K02, where i and j are centered indices.
La méthode de génération de la grandeur caractéristique, dans les cas mode= ou mode=2, consiste à -J2##/@ multiplier la représentation fréquentielle Frec par le facteur de correction de phase e puis à effectuer une transformée de Fourier. La représentation ainsi obtenue est dans le domaine spatial. La grandeur caractéristique est à peu près la valeur de cette représentation au point origine. Elle est donc obtenue comme somme d'éléments de la forme e -J2#@/#. Cette grandeur caractéristique peut être considérée comme une
fonction fonc(u,v) de u et v. Si on fixe la valeur de v, elle devient simplement fonction de u. Si on limite la représentation Frec à un disque de rayon (en pixels) K0S0 cette fonction de u a comme fréquence maximale a(so) . a(so) est donc la fréquence maximale de fonc suivant u. De même, b(s0) est la fréquence maximale de fonc suivant v. upixels et vpixels doivent être déterminés de manière à ce que pour une valeur donnée de s0 aussi élevée que possible, les pas d'échantillonnage suivant u et v soient suffisamment précis pour éviter le repliement de spectre. Cette condition s'écrit:
Par ailleurs le nombre total de pixels est limité à une valeur pixels, ce qui s'écrit: upixels. vpixels = pixels En combinant ces équations on obtient l'équation El: The method of generating the characteristic quantity, in the mode = or mode = 2 case, consists of multiplying the frequency representation Frec by the phase correction factor e and then performing a Fourier transform. The representation thus obtained is in the spatial domain. The characteristic quantity is about the value of this representation at the point of origin. It is thus obtained as sum of elements of the form e -J2 # @ / #. This characteristic quantity can be considered as a
function fonc (u, v) of u and v. If we fix the value of v, it becomes simply a function of u. If we limit the Frec representation to a disc of radius (in pixels) K0S0 this function of ua as the maximum frequency a (so). a (so) is the maximum frequency of func following u. Similarly, b (s0) is the maximum frequency of func following v. upixels and vpixels must be determined so that for a given value of s0 as high as possible, the following sampling steps u and v are sufficiently accurate to avoid spectrum folding. This condition is written:
In addition, the total number of pixels is limited to a pixel value, which is written as: upixels. vpixels = pixels By combining these equations we obtain the equation El:
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Deux cas se présentent alors:
L'équation El a une solution s0 que le programme peut déterminer par dichotomie. Les valeurs de upixels et vpixels sont alors déterminées par: upixels = 2#a(s0)#ularg vpixels = 2#b(s0)#vlarg
L'équation El n'a pas de solution. Les valeurs de upixels et vpixels sont alors déterminées pour être proportionnelles à celles obtenues pour la valeur s0 = ouv soit : nv
Par ailleurs la condition upixels. vpixels = pixels doit toujours être vérifiée. La résolution de ces équations donne :
et on obtient donc finalement:
Two cases then arise:
Equation El has a solution s0 that the program can determine by dichotomy. The values of upixels and vpixels are then determined by: upixels = 2 # a (s0) #ularg vpixels = 2 # b (s0) #vlarg
The El equation has no solution. The values of upixels and vpixels are then determined to be proportional to those obtained for the value s0 = open either: nv
By the way the condition upixels. vpixels = pixels must always be checked. The resolution of these equations gives:
and we finally get:
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Dans les deux cas, les valeurs ainsi déterminées sont des nombres réels qui peuvent être inférieurs à 1 ou supérieurs à pixels. Une dernière étape consiste donc à les traduire en nombres entiers dans l'intervalle [l,pixels]. In both cases, the values thus determined are real numbers which may be less than 1 or greater than pixels. A last step is therefore to translate them into integers in the interval [l, pixels].
L'algorithme résultant, qui permet de déterminer upixels et vpixels, est représenté sur la Fig.60. The resulting algorithm, which makes it possible to determine upixels and vpixels, is shown in Fig.60.
Les étapes suivantes doivent être détaillées:
(4201): so est la solution de l'équation la(so )b(so)1 = pixels Le programme résout cette équation 4. ularg. vlarg par dichotomie entre 0 et ouv. nv (4202):le programme prend pour upixels et vpixels le nombre entier le plus proche de la valeur réelle obtenue, puis il limite ces valeurs de la manière suivante: - si upixels<1 le programme effectue upixels=l - si vpixels<1 le programme effectue vpixels=1 - si upixels>pixels le programme effectue upixels=pixels -si vpixels>pixels le programme effectue vpixels=pixels
7. 9. Obtention des caractéristiques des faisceaux parallèles. The following steps should be detailed:
(4201): so is the solution of the equation la (so) b (so) 1 = pixels The program solves this equation 4. ularg. vlarg by dichotomy between 0 and op. nv (4202): the program takes for upixels and vpixels the integer closest to the actual value obtained, and then limits these values as follows: - if upixels <1 the program performs upixels = l - if vpixels <1 the program performs vpixels = 1 - if upixels> pixels the program performs upixels = pixels -if vpixels> pixels the program performs vpixels = pixels
7. 9. Obtaining the characteristics of parallel beams.
Chaque faisceau parallèle généré par le système de contrôle du faisceau d'éclairage a une phase indépendante. Cette procédure a pour objet de déterminer les phases et les coordonnées de ces faisceaux parallèles. Elle se décompose en deux parties:
7. 9.1. Réglage des objectifs et obtention de la position relative des points de focalisation. Each parallel beam generated by the lighting beam control system has an independent phase. The purpose of this procedure is to determine the phases and coordinates of these parallel beams. It is broken down into two parts:
7. 9.1. Adjusting the objectives and obtaining the relative position of the focusing points.
L'objectif de la présente étape est de déterminer la position relative des points d'origine des faisceaux de référence FRD et FRG. Cet objectif peut être atteint en réglant la position des objectifs de manière à ce que l'image produite par le faisceau FRGI sur le capteur (2239) soit parfaitement ponctuelle. The objective of this step is to determine the relative position of the reference points of the FRD and FRG reference beams. This objective can be achieved by adjusting the position of the lenses so that the image produced by the FRGI beam on the sensor (2239) is perfectly punctual.
Dans ce but, seuls sont utilisés les faisceaux FRGI et FRD. Le miroir (2282) est utilisé pour obtenir une onde centrée à double sens de propagation. Les miroirs (2243) (2232) (2247) sont obturés. Le décaleur de phase (2251) est utilisé pour modifier la phase de cette onde. L'espace entre les deux objectifs est occupé par de l'huile optique à l'indice nominal des objectifs. L'onde mesurée du coté droit des objectifs sur le capteur (2239) indicé parp=0 est l'équivalent de l'onde de référence utilisée de l'autre coté. Sa ponctualité est évaluée par la procédure décrite en 7.3.3.1., avec utilisation d'une transformée de Fourier dans ladite procédure. La position des objectifs est ajustée pour obtenir un point centré au milieu de l'image. For this purpose, only the FRGI and FRD beams are used. The mirror (2282) is used to obtain a two-way directional wave. The mirrors (2243) (2232) (2247) are closed. The phase shifter (2251) is used to modify the phase of this wave. The space between the two lenses is occupied by optical oil at the nominal index of objectives. The measured wave on the right side of the objectives on the sensor (2239) indexed by p = 0 is the equivalent of the reference wave used on the other side. Its punctuality is evaluated by the procedure described in 7.3.3.1., Using a Fourier transform in said procedure. The position of the lenses is adjusted to obtain a center point in the middle of the image.
Si ce réglage de position des objectifs est effectué avec le plus grand soin et avec des positionneurs suffisamment précis, de précision sub-micrométrique, par exemples des dispositifs de focalisation de microscope d'une qualité suffisante, ou des positionneurs avec contrôle piézoélectrique, alors les points d'origine des images obtenues de chaque coté du microscope sont confondus. If this position adjustment of the objectives is carried out with great care and with sufficiently precise positioners, of sub-micrometric precision, for example microscope focusing devices of sufficient quality, or positioners with piezoelectric control, then the points of origin of the images obtained from each side of the microscope are confused.
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Toutefois ceci nécessite un positionnement extrêmement précis des objectifs. La procédure de réglage décrite en 7. 3.3.2. permet cependant d'obtenir cette qualité de réglage en utilisant des positionneurs de précision moyenne pour les objectifs. En effet, les réglages fins sont effectués, dans cette procédure, par déplacement des caméras et non des objectifs. Si la procédure de réglage décrite en 7. 3.3.2. est effectuée avec soin, les points d'origine des représentations fréquentielles finalement obtenues sont confondus. Leurs coordonnées relatives sont donc (x,y,z)=(0,0,0). Il est alors préférable de ne pas modifier les positions obtenues pour les objectifs. However, this requires an extremely precise positioning of the objectives. The adjustment procedure described in 7. 3.3.2. However, this quality of adjustment can be achieved by using medium precision positioners for lenses. Indeed, the fine adjustments are made, in this procedure, by moving cameras and not lenses. If the adjustment procedure described in 7. 3.3.2. is performed carefully, the points of origin of the frequency representations finally obtained are confused. Their relative coordinates are (x, y, z) = (0,0,0). It is better not to change the positions obtained for the objectives.
Cependant, les réglages obtenus par la procédure 7. 3.3.2. ou par un nouveau réglage de position des objectifs sont en général imparfaits. Il est possible d'utiliser (x,y,z)=(0,0,0) mais une meilleure superposition des images provenant de chaque capteur sera obtenue si un algorithme adapté est utilisé pour calculer une valeur plus précise de ces paramètres. However, the settings obtained by procedure 7. 3.3.2. or by a new setting of position of the objectives are in general imperfect. It is possible to use (x, y, z) = (0,0,0) but a better superposition of the images coming from each sensor will be obtained if a suitable algorithm is used to calculate a more precise value of these parameters.
L'onde mesurée sur le capteur (2239), obtenue selon la procédure décrite en 7.5. avec p=O, est alors enregistrée en un tableau Frec[i,j]. Les coordonnées x,y,zdu point d'origine de l'onde de référence issue de FRD par rapport au point d'origine de l'onde de référence issue de FRG sont alors déterminées à partir de Frec[i,j] en utilisant le programme décrit en 7. 8. Toutefois, afin de tenir compte de l'abscence d'échantillon, la procédure (3303) est remplacée par les deux affectations suivantes: upixels=pixels vpixels=1
Par ailleurs les variables utilisées sont:
nomax~~mi= nomin ~im= nv, nv étant l'indice nominal des objectifs. Lmn=Lmax=0 nopixels=1 pixels=20
zmrn = -20,1 et zmax = 20/L (par exemple)
7. 9.2. Obtention des valeurs complexes et des coordonnées des faisceaux d'éclairage. The wave measured on the sensor (2239), obtained according to the procedure described in 7.5. with p = O, is then recorded in a table Frec [i, j]. The x, y, z coordinates of the origin point of the reference wave from FRD relative to the origin point of the reference wave from FRG are then determined from Frec [i, j] using the program described in 7. 8. However, in order to take into account the absence of a sample, the procedure (3303) is replaced by the following two assignments: upixels = pixels vpixels = 1
In addition, the variables used are:
nomax ~~ mi = nomin ~ im = nv, where nv is the nominal index of objectives. Lmn = Lmax = 0 nopixels = 1 pixels = 20
zmrn = -20,1 and zmax = 20 / L (for example)
7. 9.2. Obtain complex values and coordinates of light beams.
Cette procédure a pour objectif de déterminer, pour chaque faisceau parallèle défini par les indices p,i,j du mot de commande COM[p,i,j] du déviateur de faisceau: - les coordonnées du point d'impact direct du faisceau d'éclairage sur le capteur p. Ces coordonnées seront
stockées dans les tableaux la[p,0,i,j] , Ja[p,0,i,j]. - les coordonnées du point d'impact direct du faisceau d'éclairage sur le capteur p . Ces coordonnées seront stockées dans les tableaux la[p, l,i,j] , Ja[p, l,i,j]. The purpose of this procedure is to determine, for each parallel beam defined by the indices p, i, j of the control word COM [p, i, j] of the beam deflector: - the coordinates of the direct impact point of the beam d lighting on the sensor p. These coordinates will be
stored in the tables [p, 0, i, j], Ja [p, 0, i, j]. - the coordinates of the point of direct impact of the illumination beam on the sensor p. These coordinates will be stored in the tables [p, l, i, j], Ja [p, l, i, j].
- la valeur complexe du faisceau d'éclairage correspondant, sa phase étant mesurée au point d'origine de l'onde de référence utilisée sur le capteur #. Cette convention de mesure de la phase assure en effet que la valeur complexe ainsi obtenue soit indépendante de la position des objectifs, à un facteur global de phase près affectant l'ensemble des faisceaux caractérisés par le même indice p. Cette valeur complexe sera stockée dans un tableau Ra[p,i,j]. Comme la mesure directe des faisceaux donne des coordonnées relatives the complex value of the corresponding illumination beam, its phase being measured at the origin point of the reference wave used on the sensor #. This convention of measurement of the phase ensures that the complex value thus obtained is independent of the position of the objectives, to a global factor of near phase affecting all the beams characterized by the same index p. This complex value will be stored in an array Ra [p, i, j]. Since the direct measurement of the beams gives relative coordinates
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au point d'origine de l'onde de référence utilisée sur le capteur p, cette valeur doit être corrigée en fonction des valeurs de position déterminées en 7.9.1. at the point of origin of the reference wave used on the p-sensor, this value shall be corrected according to the position values determined in 7.9.1.
Pendant cette procédure, les faisceaux de référence FRD et FRG sont utilisés, ainsi qu'un faisceau d'éclairage défini par un mot de commande variable COM[p,i,j] du déviateur de faisceau. Les miroirs (2243) et (2232) sont utilisés pour créer un faisceau indicateur inverse du faisceau d'éclairage qui va frapper le capteur opposé au capteur normalement éclairé par ce faisceau. Les miroirs (2247) et (2282) sont obturés. During this procedure, the reference beams FRD and FRG are used, as well as a lighting beam defined by a variable control word COM [p, i, j] of the beam deflector. The mirrors (2243) and (2232) are used to create a reverse indicator beam of the illumination beam that will strike the sensor opposite to the sensor normally illuminated by this beam. The mirrors (2247) and (2282) are closed.
La procédure décrite en 7. 5. est utilisée pour obtenir sur chaque capteur des images bidimensionnelles en nombres complexes. Les décalages de phase sont effectués à l'aide de l'élément (2205).
The procedure described in 7. 5. is used to obtain on each sensor two-dimensional images in complex numbers. Phase offsets are performed using element (2205).
Un programme permet d'obtenir ces paramètres sous forme des tableaux la[p,q,i j] , Ja[p,q,i j], Ra[p,i j]. Par une méthode de suréchantillonnage il détermine Ia[p,q,ijl , Ja[p,q,i,j] avec une précision inférieure au pixel. Ces tableaux sont donc des tableaux de nombres réels. A program makes it possible to obtain these parameters in the form of tables la [p, q, i j], Ja [p, q, i j], Ra [p, i j]. By an oversampling method it determines the [p, q, ijl, Ja [p, q, i, j] with a precision less than the pixel. These tables are therefore tables of real numbers.
Le système de coordonnées utilisé sur le capteur/? est celui déterminé dans l'étape 14 du cycle de réglage 7. 3.3.2., défini par les vecteurs directeurs (#p,#p). Cette convention de repérage sera maintenue par la suite. The coordinate system used on the sensor /? is that determined in step 14 of the setting cycle 7. 3.3.2., defined by the leading vectors (# p, # p). This tracking convention will be maintained thereafter.
Le programme est constitué de trois boucles parcourues successivement. The program consists of three loops traveled successively.
Boucle 1: il s'agit d'une boucle sur l'indice p, qui prend successivement les valeurs 0 et 1.
Loop 1: This is a loop on the index p, which successively takes the values 0 and 1.
Pour chacun de ces indices le programme utilise le mot de commande COMCp, ##, ## . Il détermine alors les coordonnées entières imaxOp, jmaxOp du maximum de l'image résultante sur le capteur p. For each of these indices the program uses the command word COMCp, ##, ##. It then determines the integer coordinates imaxOp, jmaxOp of the maximum of the resulting image on the sensor p.
Boucle 2: Il s'agit d'une boucle sur l'ensemble des triplets p0,i0, j0. Pour chacun de ces triplets, le
programme génère les valeurs la po , q, i o , j0 ] o[o ' ,q,i0, j0 Ra po .'0 ' > Jo ] A chaque itération, correspondant à un triplet donné p0, io , joie programme effectue les 8 étapes suivantes: Etape 1: le mot de commande COM[p0,Npix/2, , ni est utilisé et les images résultantes sur chaque capteur sont enregistrée dans deux tableaux de nombres complexes M0q [i,j]ou q=0 pour l'image obtenue sur le capteur p0 et q=1pour l'image obtenue sur le capteur opposé. Loop 2: This is a loop on all triplets p0, i0, j0. For each of these triplets, the
The program generates the values la po, q, io, j0] o [o ', q, i0, j0 Ra po .'0'> Jo] At each iteration, corresponding to a given triplet p0, io, joy program performs the 8 following steps: Step 1: the control word COM [p0, Npix / 2,, n1 is used and the resulting images on each sensor are recorded in two arrays of complex numbers M0q [i, j] or q = 0 for the image obtained on the sensor p0 and q = 1for the image obtained on the opposite sensor.
Etape 2 : le mot de commande COM[p0, i0,j0 est utilisé et les images résultantes sont enregistrées dans les tableaux M1q[i,j] Etape 3 : Le programme détermine les coordonnées imaxq, jmaxq du point de module maximum du tableau M1q [/, y] pour chaque valeur de q. Step 2: the command word COM [p0, i0, j0 is used and the resulting images are stored in the arrays M1q [i, j] Step 3: The program determines the coordinates imaxq, jmaxq of the maximum module point of the array M1q [/, y] for each value of q.
Etape 4: Le programme extrait une image de taille Nax Na , avec par exemple Na=16, autour du point de coordonnées imaxq jmaxq :
Step 4: The program extracts an image of size Nax Na, with for example Na = 16, around the point of coordinates imaxq jmaxq:
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et M2q[i,j] = 0 sinon.
and M2q [i, j] = 0 otherwise.
Etape 5: le programme effectue une transformée de Fourier directe des tableaux M2q. Step 5: The program performs a direct Fourier transform of the M2q arrays.
Etape 6 : le programme complète les tableaux M2qpar des zéros, générant les tableaux M3q de dimensions Nb x Nb avec par exemple Nb =512. Le tableau M3q est initialisé à zéro puis le programme effectue pour tous les indices i,j allant chacun de 0 à Na -1 et pour les deux indices q:
Etape 7 : le programme effectue la transformée de Fourier inverse du tableau M3. Step 6: the program completes the tables M2q by zeros, generating the tables M3q of dimensions Nb x Nb with for example Nb = 512. The array M3q is initialized to zero then the program performs for all the indices i, j each going from 0 to Na -1 and for the two indices q:
Step 7: The program performs the inverse Fourier transform of the M3 array.
Etape 8: le programme calcule les coordonnées et la valeur complexe au barycentre du tableau M3.
ou x,y,z sont les coordonnées calculées en 7.9.1. Step 8: The program calculates the coordinates and the complex value at the center of the M3 array.
where x, y, z are the coordinates calculated in 7.9.1.
Boucle 3 : Le programme effectue une dernière opération consistant à annuler les valeurs de Ra et à affecter des valeurs élevées à Ja et la à chaque fois que le point d'impact direct du faisceau est hors de la zone limitée par l'ouverture de l'objectif, ce qui se traduit par une disparition de ce point. A cette fin le
programme parcourt à nouveau les indices p p , io , j p , en testant à chaque fois la condition
afo,/o,yo1 1 Ra[po,io,jo] Il Lorsque cette condition est satisfaite, le programme effectue: 7o,127,127] 8 Lorsque cette condition est satisfaite, programme effectue: Loop 3: The program performs a final operation of canceling the values of Ra and assigning high values to Ja and la whenever the point of direct impact of the beam is outside the zone limited by the opening of the beam. objective, which results in a disappearance of this point. For this purpose
program goes through again the indices pp, io, jp, each time testing the condition
afo, / o, yo1 1 Ra [po, io, jo] When this condition is satisfied, the program performs: 7o, 127,127] 8 When this condition is satisfied, program performs:
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Ra [p0,i0,j0] = 0
Iapo,0,io, jo=-1000 JaPo 0> io > jo ~ -1000
7. 10. Réglage de position des objectifs. Ra [p0, i0, j0] = 0
Iapo, 0, io, jo = -1000 JaPo 0>io> jo ~ -1000
7. 10. Adjusting the position of the lenses.
L'échantillon à étudier est mis en place. Pendant cette étape, seuls sont utilisés les faisceaux FRGI et FRD. Le miroir (2282) est utilisé pour obtenir une onde centrée à double sens de propagation. Les miroirs (2243) (2232) (2247) sont obturés. Le décaleur de phase (2251) est utilisé pour modifier la phase de cette onde. De l'huile optique à l'indice nominal des objectifs est utilisée. L'onde mesurée du coté droit des objectifs sur le capteur (2239) indicé par/?=0 est l'équivalent de l'onde de référence utilisée de l'autre coté. The sample to be studied is set up. During this step, only the FRGI and FRD beams are used. The mirror (2282) is used to obtain a two-way directional wave. The mirrors (2243) (2232) (2247) are closed. The phase shifter (2251) is used to modify the phase of this wave. From optical oil to the nominal index of objectives is used. The wave measured on the right side of the objectives on the sensor (2239) indexed by /? = 0 is the equivalent of the reference wave used on the other side.
Un programme génère deux images par la procédure décrite en 7.3.3.1.: une image spatiale obtenue avec transformation de Fourier, et une image fréquentielle obtenue sans transformation de Fourier. Le programme extrait sur chacune de ces images l'intensité (carré du module des nombres complexes constituant l'image obtenue en 7.3.3.1.). Le programme affiche les images résultantes. A program generates two images by the procedure described in 7.3.3.1 .: a spatial image obtained with Fourier transformation, and a frequency image obtained without Fourier transformation. The program extracts on each of these images the intensity (square of the complex number module constituting the image obtained in 7.3.3.1.). The program displays the resulting images.
L'image spatiale doit être centrée. The spatial image must be centered.
Sur l'image en fréquence, on doit observer un disque clair. Le réglage doit être effectué pour que l'intensité soit la plus élevée possible pour les fréquences élevées (points éloignés du centre). Le disque observé doit rester relativement homogène. On the image in frequency, one must observe a clear disc. The adjustment must be made so that the intensity is as high as possible for the high frequencies (points far from the center). The disc observed must remain relatively homogeneous.
Si un anneau sombre apparaît entre le bord extérieur et la zone centrale, l'échantillon est trop épais et la totalité des fréquences ne pourra pas être prise en compte. Le réglage doit alors être effectué de manière à avoir un disque relativement homogène, de rayon aussi élevé que possible. Le disque n'atteint pas sa taille maximum et les fréquences élevées ne peuvent pas être prises en compte. La résolution de l'image, principalement en profondeur, est diminuée. La seule solution à ce problème consiste à utiliser un objectif spécialement conçu, décrit au paragraphe 7.19. If a dark ring appears between the outer edge and the central area, the sample is too thick and not all frequencies can be taken into account. The adjustment must then be made so as to have a relatively homogeneous disk, radius as high as possible. The disc does not reach its maximum size and high frequencies can not be taken into account. The resolution of the image, mainly in depth, is diminished. The only solution to this problem is to use a specially designed lens, described in paragraph 7.19.
Cette méthode de réglage des objectifs est adaptée au cas ou l'indice de l'échantillon diffère notablement de l'indice nominal des objectifs. Dans le cas contraire, et en particulier si on veut utiliser une fonction Dp définie en 7.16 égale à 1, le réglage doit être effectué à partir de l'image spatiale seule et de manière à ce que cette image soit ponctuelle et centrée. This method of adjusting the objectives is adapted to the case where the sample index differs significantly from the nominal index of the objectives. In the opposite case, and in particular if one wants to use a function Dp defined in 7.16 equal to 1, the adjustment must be made from the spatial image alone and so that this image is punctual and centered.
7.11. Détermination de x,y,z,L, n0;
Il est nécessaire de connaître ces paramètres pour pouvoir compenser l'aberration sphérique et les effets de la non-coïncidence des points d'origine des ondes de référence. Ces paramètres peuvent être déterminés en n'effectuant pas l'étape 7.10. et en laissant donc les objectifs dans la position ou ils étaient à l'issue de l'étape décrite en 7.9.1. Les valeurs x,y,z sont alors celles qui ont été déterminées en 7.9.1. Les valeurs de L et n0 peuvent avoir été mesurées préalablement par un moyen extérieur au microscope proprement dit. Cependant cette méthode présente le désavantage de ne pas permettre un mouvement des objectifs lors de la mise en place de l'échantillon, et de nécessiter l'utilisation d'un système de mesure 7.11. Determination of x, y, z, L, n0;
It is necessary to know these parameters to be able to compensate the spherical aberration and the effects of the non-coincidence of the points of origin of the reference waves. These parameters can be determined by not performing step 7.10. and thus leaving the objectives in the position where they were at the end of the step described in 7.9.1. The values x, y, z are then those which were determined in 7.9.1. The values of L and n0 may have been previously measured by means outside the microscope proper. However, this method has the disadvantage of not allowing a movement of the objectives during the setting up of the sample, and of requiring the use of a measuring system
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externe coûteux. Il est donc préférable de déterminer à nouveau l'ensemble de ces paramètres. Cette deuxième méthode permet le déplacement des objectifs lors de la mise en place de l'échantillon et l'étape 7.10. peut donc être effectuée. expensive external. It is therefore better to re-determine all of these parameters. This second method allows for the shifting of objectives during sample placement and step 7.10. can be done.
Pour appliquer cette deuxième méthode, on pourrait en principe utiliser la procédure théorique décrite en 7.8.1. et utilisant une seule prise d'image, mais les variations locales des caractéristiques de l'échantillon au voisinage du point de focalisation fausseraient le résultat. C'est pourquoi on utilise une série de prises d'images et on mesure sur chaque image la variation de phase et d'intensité au point d'impact direct du faisceau d'éclairage. A partir de cette série de valeurs, on peut générer un tableau équivalent au tableau Frec utilisé en 7. 8. mais dans lequel on s'est affranchi des variations locales. To apply this second method, one could in principle use the theoretical procedure described in 7.8.1. and using only one image acquisition, but local variations in sample characteristics near the focus point would distort the result. This is why a series of images is used and the variation of phase and intensity at the point of direct impact of the illumination beam is measured on each image. From this series of values, one can generate a table equivalent to the table Frec used in 7. 8. but in which one freed oneself from the local variations.
7. 11.1. Acquisition
Les miroirs (2282) (2247) (2243) (2232) sont obturés de manière à supprimer tous les faisceaux indicateurs inverses, qui ne seront plus utilisés par la suite. La procédure décrite en 7. 9.2. est recommencée, avec les modifications suivantes: - L'échantillon est maintenant présent.
7. 11.1. Acquisition
The mirrors (2282) (2247) (2243) (2232) are closed to remove all reverse indicator beams, which will no longer be used later. The procedure described in 7. 9.2. is repeated, with the following modifications: - The sample is now present.
- La boucle 1, qui consiste à déterminer imax0 p , jmaxo. , est supprimée. Les valeurs précédemment obtenues de imax0p, jmax0p sont réutilisées. - Loop 1, which consists in determining imax0 p, jmaxo. , is deleted. The previously obtained values of imax0p, jmax0p are reused.
- Dans la boucle 2, les indices p0 etq sont fixés à 0. Les étapes 1 à 8 ne sont donc effectuées que pour l'ensemble des indices io, jo (p0 étant fixé à 0). Dans chacune de ces étapes, seuls les éléments correspondant à l'indice q=0 sont acquis ou calculés. In loop 2, the indices p0 etq are set to 0. Steps 1 to 8 are therefore performed only for the set of indices io, where jo (p0 being set to 0). In each of these steps, only the elements corresponding to the index q = 0 are acquired or calculated.
- L'étape 8 de la boucle 2 est modifiée comme suit :
Ia[po, q, io, j 0]' Ja[po, q ,io, jo], > Rapo 10 > j o ne sont pas recalculés et leurs valeurs précédemment obtenues sont maintenues. la quantité Rb po , i o , j o est calculée comme suit: -si Rapo,io, jo=0 alors Rb[p0 , ;0 , jo=0 0
- Step 8 of Loop 2 is modified as follows:
Ia [po, q, io, j 0] 'Ja [po, q, io, jo],> Rapo 10> jo are not recalculated and their previously obtained values are maintained. the quantity Rb po, io, jo is calculated as follows: -si Rapo, io, jo = 0 then Rb [p0,; 0, jo = 0 0
Cette quantité correspond à la variation du faisceau d'éclairage dûe à la présence de l'échantillon et au déplacement des objectifs, sur le capteur 0, pour l'éclairage caractérisé par les indices i0, j0, par rapport à une position des objectifs ou le point d'origine des ondes de référence utilisées sur chaque objectif seraient confondus. This quantity corresponds to the variation of the illumination beam due to the presence of the sample and the displacement of the objectives, on the sensor 0, for the illumination characterized by the indices i0, j0, with respect to a position of the objectives or the point of origin of the reference waves used on each objective would be confused.
- La boucle 3 est supprimée. - Loop 3 is deleted.
7.11.2.génération de l'image en fréquence. 7.11.2.generation of the frequency image.
Un second programme est alors lancé. Celui-ci a pour objectif de générer, à partir des mesures précédentes, un tableau Frec utilisable dans l'algorithme décrit en 7. 8. Comme les coordonnées A second program is then launched. This one aims at generating, from the previous measurements, a table Frec usable in the algorithm described in 7. 8. As the coordinates
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IaPo q 10 j o Ja[Po A, h #> h des points échantillonnés par le tableau Rb ne correspondent pas à des pixels entiers, une méthode de suréchantillonnage et de filtrage est nécessaire pour générer le tableau Froc.
IaPo q 10 jo Ja [Po A, h #> h points sampled by the Rb array do not correspond to integer pixels, an oversampling and filtering method is needed to generate the Froc array.
Cette méthode est imparfaite car le pas (par exemple Ia[p, q, i, jl - la p, q, i + 1, j]) séparant deux échantillons adjacents du tableau Rb peut varier. Néanmoins, pour une réalisation de qualité, cette variation est faible et la méthode de suréchantillonnage-filtrage donne de bons résultats. Celle-ci comporte les étapes successives suivantes: Etape 1: génération d'une représentation fréquentielle suréchantillonnée, de dimensions Nc x Nc avec par exemple Nc =4096. Le tableau Fs est initialisé à 0 puis le programme parcourt l'ensemble des indices i,j en testant la condition ra[0,i,j]# 0 . Lorsque la condition est vraie, il effectue:
ou E (x) le nombre entier le plus proche de x. This method is imperfect because the pitch (eg Ia [p, q, i, j1-p, q, i + 1, j]) separating two adjacent samples from the Rb array may vary. Nevertheless, for a quality realization, this variation is weak and the method of oversampling-filtering gives good results. This comprises the following successive steps: Step 1: generation of an oversampled frequency representation of dimensions Nc × Nc with for example Nc = 4096. The array Fs is initialized to 0 then the program traverses the set of indices i, j by testing the condition ra [0, i, j] # 0. When the condition is true, it performs:
or E (x) the integer closest to x.
Etape 2 : une transformée de Fourier inverse est appliquée au tableau Fs Etape 3: la partie centrale du tableau, de dimensions Npix x Npix. est extraite et la présence du diaphragme simulée.
pour tous les couples (i,j) tels que
ou ouv est l'ouverture des objectifs. Step 2: an inverse Fourier transform is applied to the table Fs Step 3: the central part of the array, of dimensions Npix x Npix. is extracted and the presence of the simulated diaphragm.
for all couples (i, j) such as
where open is the opening of the objectives.
Etape 4: la transformée de Fourier du tableau Frec obtenu est effectuée. Step 4: The Fourier transform of the Frec array obtained is carried out.
7.11.3.calcul des paramètres. 7.11.3.calculating the parameters.
Le tableau Frec obtenu à l'issue de l'étape 4 constitue l'image en fréquence, équivalente à celle dont l'acquisition est décrite en 7.8.1., mais acquise d'une manière moins sensible aux variations locales de l'indice. Il est possible de simuler cette image en fréquence à partir d'un quintuplet (x,y,z,L, n0) et de calculer une grandeur caractéristique max. C'est ce que fait la partie de programme décrite sur la Fig. 50 et comprenant les étapes (3509) à (3514), qui calcule finalement une grandeur caractéristique max que l'on notera max(x,y,z,L, no ). La détermination de la valeur du quintuplet (x,y,z,L, no ) consiste à utiliser un programme de maximisation qui fait varier (x,y,z,L, no ) de manière à déterminer le point correspondant à la valeur la plus élevée de max(x,y,z,L, no ). En principe, tout algorithme de maximisation convient. The Frec table obtained at the end of step 4 constitutes the frequency image, equivalent to the one whose acquisition is described in 7.8.1., But acquired in a manner less sensitive to local variations of the index. . It is possible to simulate this frequency image from a quintuplet (x, y, z, L, n0) and to calculate a max. This is what the program part described in FIG. 50 and comprising the steps (3509) to (3514), which finally calculates a characteristic magnitude max that will be noted max (x, y, z, L, no). The determination of the value of the quintuplet (x, y, z, L, no) consists in using a maximization program which varies (x, y, z, L, no) so as to determine the point corresponding to the value la higher of max (x, y, z, L, no). In principle, any maximization algorithm is suitable.
Cependant, le nombre de variables et la complexité des calculs sont tels qu'il est nécessaire d'utiliser un algorithme spécifique et optimisé. Le programme décrit en 7. 8. est donc utilisé pour calculer les paramètres à partir du tableau Frec qui constitue l'image en fréquence. However, the number of variables and the complexity of the calculations are such that it is necessary to use a specific and optimized algorithm. The program described in 7. 8. is therefore used to calculate the parameters from the Frec table which constitutes the frequency image.
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7. 12. Prise d'image bidimensionnelle. 7. 12. Two-dimensional image capture.
7.12.1.Principe:
On a vu dans le premier mode de réalisation comment on peut réaliser une représentation fréquentielle bidimensionnelle à partir de plusieurs images élémentaires différant entre elles par la différence de phase entre le faisceau d'éclairage et le faisceau de référence, ainsi que par le niveau d'atténuation du faisceau d'éclairage. Dans ce mode on ajoute des rotateurs de phase (2210) (2238) (2241) (2226) qui permettent de faire varier la direction de polarisation de l'onde et la direction d'analyse. En effet, la diffraction de l'onde d'éclairage n'est pas homogène dans toutes les directions. Pour une direction donnée, l'onde diffractée dépend fortement de la polarisation du faisceau incident. 7.12.1.Principe:
In the first embodiment, it has been seen how a two-dimensional frequency representation can be realized from several elementary images differing from one another by the phase difference between the lighting beam and the reference beam, as well as by the level of attenuation of the lighting beam. In this mode, phase rotators (2210) (2238) (2241) (2226) are added to vary the direction of polarization of the wave and the direction of analysis. Indeed, the diffraction of the illumination wave is not homogeneous in all directions. For a given direction, the diffracted wave strongly depends on the polarization of the incident beam.
On rappelle que si a etb sont deux vecteurs, alors: a # b est le produit vectoriel de a et b a. b est le produit scalaire de a et b Ilall est la norme de a. Remember that if a and b are two vectors, then: a # b is the vector product of a and b a. b is the scalar product of a and b Ilall is the norm of a.
On appelle: fc: fréquence caractéristique d'un point fe : fréquence d'éclairage f0: fréquence associée au centre optique du capteur La Fig. 51 montre l'arrangement de ces fréquences.
We call: fc: characteristic frequency of a point fe: illumination frequency f0: frequency associated with the optical center of the sensor FIG. 51 shows the arrangement of these frequencies.
/3 est l'angle entre le vecteur fc ^ fe et le vecteur fc A f /je est l'angle entre le vecteur fe A fe et le vecteur fe ^ fo a est l'angle entre le vecteur ï et le vecteur f cAf (on omet l'indice p pour les vecteurs i , j , k ) aeest l'angle entre le vecteur # et le vecteur fe # f0 # est l'angle entre le vecteur fe et le vecteur fc
Si le vecteur champ électrique du faisceau d'éclairage est parallèle, dans l'objet, au vecteur fc #fe alors le faisceau diffracté par l'objet dans la direction fc n'est pas atténué. S'il est orthogonal à ce vecteur, le faisceau diffracté est atténué d'un facteur cos#. / 3 is the angle between the vector fc ^ fe and the vector fc A f / I is the angle between the vector fe A fe and the vector fe ^ fo a is the angle between the vector ï and the vector f cAf (we omit the index p for the vectors i, j, k) ae is the angle between the vector # and the vector fe # f0 # is the angle between the vector fe and the vector fc
If the electric field vector of the illumination beam is parallel, in the object, to the vector fc #fe then the beam diffracted by the object in the direction fc is not attenuated. If it is orthogonal to this vector, the diffracted beam is attenuated by a factor cos #.
Le vecteur champ électrique d'un faisceau, lorsqu'il parvient au capteur, est dans le plan du capteur, qui est un plan orthogonal à f0. Le mode de passage du vecteur champ électrique dans l'objet au vecteur champ électrique sur le capteur est une rotation autour du vecteur fc #f0 pour l'onde de fréquence
fe . Cette rotation conserve l'angle 3 . On note (Je a/6) le vecteur ainsi obtenu à partir du vecteur fe /\fe . Dans le cas de l'onde de fréquence fe polarisée parallèlement à fe AJe la rotation se fait autour de fe ^ fo et on note le vecteur résultant (/e A fe) re On note: The vector electric field of a beam, when it reaches the sensor, is in the plane of the sensor, which is a plane orthogonal to f0. The mode of transition from the electric field vector in the object to the electric field vector on the sensor is a rotation around the vector fc # f0 for the frequency wave
fe. This rotation keeps the angle 3. The vector thus obtained is denoted (I a / 6) from the vector fe / fef. In the case of the wave of frequency fe polarized parallel to fe AJe the rotation is around fe ^ fo and we note the resulting vector (/ e A fe) re Note:
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Dans le plan du capteur, on a donc la configuration indiquée Fig.52, ou les points O,E,C sont respectivement le centre optique (fréquence f0), le point d'impact direct de l'onde d'éclairage (fréquence fe), et le point ou est mesurée l'onde diffractée (fréquence fc ). In the plane of the sensor, we have the configuration shown in Fig. 52, where the points O, E, C are respectively the optical center (frequency f0), the point of direct impact of the illumination wave (frequency f ), and the point where the diffracted wave (frequency fc) is measured.
Lorsque le vecteur champ électrique du faisceau d'éclairage (au point E) est A0# A1# le vecteur
champ électrique résultant au point C est (CooAo +COIAI)'17+(CIOAO +C4y . When the electric field vector of the lighting beam (at point E) is A0 # A1 # the vector
resulting electric field at point C is (CooAo + COIAI) '17 + (CIOAO + C4y.
Lors des mesures, on utilisera: - une onde d'éclairage dirigée selon #. Pour cette onde d'éclairage, on mesurera des composantes diffractées polarisées selon les axes orientés par 1 et] , obtenant les facteurs Coo et C10 - une onde d'éclairage dirigée selon 7 Pour cette onde d'éclairage, on mesurera des composantes diffractées polarisées selon les axes orientés par # et #, obtenant les facteurs C01et C11
Les facteurs Ckl sont donc les grandeurs mesurées. During the measurements, we will use: - a lighting wave directed according to #. For this light wave, diffracted components polarized along the axes oriented by 1 and] will be measured, obtaining the Coo and C10 factors - a directional light directed at 7. For this illumination wave, polarized diffracted components will be measured. along the axes oriented by # and #, obtaining the factors C01 and C11
The factors Ckl are therefore the quantities measured.
On néglige içi le fait que les directions de polarisation et d'analyse obtenues ne sont pas rigoureusement orthogonales. This is because the polarization and analysis directions obtained are not strictly orthogonal.
Si le vecteur champ électrique du faisceau d'éclairage au point E est parallèle au vecteur xe et le vecteur champ électrique du faisceau reçu au point C est parallèle au vecteur #c, il n'y a pas d'atténuation.
If the electric field vector of the illumination beam at the point E is parallel to the vector xe and the vector electric field of the beam received at the point C is parallel to the vector #c, there is no attenuation.
Ce cas correspond à un vecteur champ électrique au point E de valeur Axe = AU cos q e + j sin 9,) et donc un vecteur champ électrique résultant au point C: A((COO cosqe + COI sinqe)T + (Clo cos rp +Cn 1 sinço,) La projection de ce vecteur sur l'axe orienté par -Xe a pour valeur: -[(Coo cosrpe +Col sinq e) cosqe +(Clo cosço,, + CI, sinrpe sinrp] . La valeur que l'on cherche à intégrer dans les calculs est le rapport de la valeur algébrique du faisceau diffracté à celle du faisceau incident en l'abscence d'atténuation dûe à l'angle #, qui correspond donc au cas ci-dessus et
vaut: M = -cosqe cosç?cC00 -sine coscC0i -cosç?e sinç?cC10 -sinç9e sinqeCll' Afin de calculer cette valeur il est nécessaire de calculer préalablement les fonctions cos rp e , cos q e' sing, sin q e . Ceci se fait en utilisant d'une part les relations trigonométriques: cosrpe =cosae cos/3 -sina c sin,6, sin 9, = coso'e sin,6c + sinae cos,6, cosqe = cosae COSRe -sinae Sin/3e This case corresponds to an electric field vector at the point E of value Ax = AU cos qe + j sin 9,) and therefore a vector electric field resulting at the point C: A ((COO cosqe + COI sinqe) T + (Clo cos rp + Cn 1 sinço,) The projection of this vector on the axis oriented by -Xe has the value: - [(Coo cosrpe + Col sinq e) cosqe + (Clo cosço ,, + CI, sinrp sinrp]. one seeks to integrate in the calculations is the ratio of the algebraic value of the diffracted beam to that of the incident beam in the absence of attenuation due to the angle #, which corresponds to the case above and
is worth: M = -cosqe cosç? cC00 -sine coscC0i -cosç? e sinç? cC10 -sinç9e sinqeCll 'In order to compute this value it is necessary to calculate beforehand the functions cos rp e, cos qe' sing, sin qe. This is done using on the one hand the trigonometric relations: cosrpe = cosae cos / 3 -sina c sin, 6, sin 9, = coso'e sin, 6c + sinae cos, 6, cosqe = cosae COSRe -sinae Sin / 3rd
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sinue = cosae sin,6, -f-SlnGZe cos fl, et d'autre part les relations suivantes:
cos/3 ~ .fc ^fe le /\fo e Iife /\fell'ilfe /\foll Slric ~ f//. , .% ^.fe sin,6, = f, /, fe/\fe) "î/"!/' cosp = fe /\fe le /\fo cos,6, = cin/î ( fe*fo 1 /\10 fe ^fa fe sin,6, = f, If 7A; * fc ^ fo cosae=I'11 !!7c/o!! Il .f ^ Io sma;c=7..j-###j, smae cA! Je ^fo cosae 1. Ilfe I\f,11 fe f, Slriae =.l Ilfe ^,%II Si on utilise les valeurs normalisées des vecteurs fréquence:
on obtient: @
sin = cosae sin, 6, -f-SlnGZe cos fl, and on the other hand the following relations:
cos / 3 ~ .fc ^ fe / \ fhe Iife / \ fell'ilfe / \ foll Slic ~ f //. %. sin sin, 6 6,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ## EQU1 ## where ## EQU1 ## where ## EQU1 ## j, smae cA! I ^ fo cosae 1. Ilfe I \ f, 11 ff, Slriae = .l Ilfe ^,% II If we use the normalized values of frequency vectors:
we obtain: @
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Vxy = -xcYe +Ycxe M2=x2+y2 Me 2 = xe 2 'F Ye 2 2
Toutefois, lorsque les dénominateurs sont nuls, les expressions ci-dessus doivent être remplacées par des valeurs limites.
Vxy = -xcYe + Ycxe M2 = x2 + y2 Me 2 = xe 2 'F Ye 2 2
However, when the denominators are zero, the above expressions must be replaced by limit values.
7. 12.2. Algorithme:
Une représentation fréquentielle bidimensionnelle est un tableau Mk, p,q i, j de nombres complexes, de dimensions N pIX x N pix 1 k est l'indice de l'image dans sa série, p est l'indice du capteur sur lequel parvient le faisceau d'éclairage direct (0 ou 1) et q a les valeurs suivantes: q=0: image reçue sur le capteur ou parvient l'éclairage direct q=1: image reçue sur l'autre capteur. 7. 12.2. Algorithm:
A two-dimensional frequency representation is a table Mk, p, qi, j of complex numbers, of dimensions N pIX x N pix k is the index of the image in its series, p is the index of the sensor on which the direct light beam (0 or 1) and q has the following values: q = 0: image received on the sensor or reaches the direct light q = 1: image received on the other sensor.
Outre l'image elle-même, ce programme génère également les tableaux: Bk, p,q [i,j]: indicateur de bruit
Hk, p,g i, j : image de référence, correspondant à une représentation fréquentielle bidimensionnelle obtenue pour une direction fixe du faisceau. Cette image de référence a pour objet de pouvoir ultérieurement compenser les modifications de trajet optique dûes aux vibrations des miroirs inclus dans le système. Si ces vibrations sont faibles, l'image de référence peut n'être acquise que périodiquement. In addition to the image itself, this program also generates the tables: Bk, p, q [i, j]: noise indicator
Hk, p, gi, j: reference image, corresponding to a two-dimensional frequency representation obtained for a fixed direction of the beam. The aim of this reference image is to be able to compensate for the optical path changes due to the vibrations of the mirrors included in the system. If these vibrations are weak, the reference image can be acquired only periodically.
L'image de référence peut aussi être une image simplifiée, les critères de précision étant inférieurs à ceux de l'image utile Mk,p,q[i, y]. Pour simplifier la présentation, on suppose qu'une image de référence Hk,p,q[i, j] de mêmes caractéristiques que l'image utile (excepté la direction du faisceau d'éclairage) est acquise pour chaque image utile Mk,p,q[i, j]. The reference image can also be a simplified image, the accuracy criteria being lower than those of the useful image Mk, p, q [i, y]. To simplify the presentation, it is assumed that a reference image Hk, p, q [i, j] having the same characteristics as the useful image (except the direction of the illumination beam) is acquired for each useful image Mk, p , q [i, j].
BHk,p,q[i, j] :indicateur de bruit de l'image de référence. BHk, p, q [i, j]: noise indicator of the reference image.
Une série de représentations fréquentielles bidimensionnelles est obtenue par calcul à partir d'une série d'images élémentaires correspondant à des figures d'interférences formées sur les capteurs CCD. Le programme d'acquisition des représentations fréquentielles bidimensionnelles se décompose donc en une phase d'acquisition d'images élémentaires et une phase de calcul. Ces deux phases peuvent être séparées, ou bien chaque image peut faire l'objet d'un calcul au fur et à mesure de l'acquisition. On se place ici dans le cas ou les deux phases sont séparées. A series of two-dimensional frequency representations is obtained by calculation from a series of elementary images corresponding to interference patterns formed on the CCD sensors. The program of acquisition of the two-dimensional frequency representations is thus decomposed into a phase of acquisition of elementary images and a phase of calculation. These two phases can be separated, or each image can be computed as the acquisition progresses. We place ourselves here in the case where the two phases are separated.
7. 12.2.1. acquisition des images élémentaires. 7. 12.2.1. acquisition of elementary images.
La série d'images élémentaires peut être acquise en une seule fois par la caméra rapide, sans que des calculs quelconques soient effectués, les commandes des éléments de modification du faisceau devant The series of elementary images can be acquired at one time by the fast camera, without any calculations being carried out, the commands of the elements of modification of the beam before
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être synchronisées avec l'acquisition d'images. Il s'agit d'une itération sur l'entier k et l'entier p. La succession d'éclairages parallèles devant être utilisée doit être précisée par les tableaux
Ic[k, p], Jc[k, p] déterminant les indices 'symboliques' permettant de calculer pour chaque couple (k,p) le mot de commande du déviateur de faisceau CoA4p, ldk, p], Jc[k, pl]. Pendant cette procédure les faisceaux FRG et FRD sont présents en permanence, chaque image élémentaire étant formée sur un capteur par l'interférence de l'onde de référence et de l'onde diffractée par l'échantillon, lui-même éclairé par des ondes d'éclairage de caractéristiques variables. Les miroirs (2282) (2243) (2232) (2247) sont obturés. be synchronized with the acquisition of images. This is an iteration over the integer k and the integer p. The sequence of parallel lighting to be used must be specified in the tables
Ic [k, p], Jc [k, p] determining the 'symbolic' indices making it possible to calculate for each pair (k, p) the control word of the beam deflector CoA4p, ldk, p], Jc [k, p ]. During this procedure, the FRG and FRD beams are permanently present, each elementary image being formed on a sensor by the interference of the reference wave and of the wave diffracted by the sample, itself illuminated by waveforms. lighting of variable characteristics. The mirrors (2282) (2243) (2232) (2247) are closed.
Pour chaque couple (k,p), la prise d'images se décompose en deux phases: phase 1: elle consiste en l'acquisition de 36 couples d'images élémentaires, un couple d'images comprenant une image provenant de chaque capteur, et les 36 couples différant entre eux par l'état de tous les systèmes de contrôle du faisceau excepté le déviateur de faisceau qui garde un état constant pour un couple (k,p) donné. Ces 36 couples d'images élémentaires seront utilisés par la suite pour générer une représentation fréquentielle bidimensionnelle utile Mk,p,q[i,j] On note une de ces images élémentaires
rll0k, pc, d, r . r2 ]q, i, j , Avant chaque prise d'image élémentaire les rotateurs de phase permettant le contrôle du faisceau d'éclairage (atténuation, décalage de phase, déviation et polarisation) doivent être commandés de manière appropriée. For each pair (k, p), the taking of images is divided into two phases: phase 1: it consists of the acquisition of 36 pairs of elementary images, a pair of images comprising an image coming from each sensor, and the 36 pairs differing from each other by the state of all beam control systems except the beam deflector which keeps a constant state for a given torque (k, p). These 36 pairs of elementary images will be used later to generate a useful two-dimensional frequency representation Mk, p, q [i, j]. One of these elementary images is noted.
rll0k, pc, d, r. r2] q, i, j, Before each elementary image taking place, the phase rotators enabling control of the illumination beam (attenuation, phase shift, deflection and polarization) must be appropriately controlled.
L'indice c est déterminé par le tableau suivant, ou att[c] constitue un tableau contenant l'atténuation correspondant à l'indice, et ou les valeurs a1 eta2 sont celles explicitées en 7. 2.2. , mesurées en 7. 3.2.2., et ou l'atténuateur de faisceau est commandé comme explicité en 7.2.2.
The index c is determined by the following table, where att [c] constitutes an array containing the attenuation corresponding to the index, and where the values a1 and a2 are those explained in 7. 2.2. , measured in 7. 3.2.2., and where the beam attenuator is controlled as explained in 7.2.2.
<tb>
<tb> indice <SEP> c <SEP> atténuation <SEP> att[c]
<tb> 0 <SEP> 1
<tb> 1 <SEP> a1
<tb> 2 <SEP> a1 <SEP> a2
<tb>
Les indices d,r1,r2 sont déterminés par les tableaux suivants:
<Tb>
<tb> index <SEP> c <SEP> attenuation <SEP> att [c]
<tb> 0 <SEP> 1
<tb> 1 <SEP> a1
<tb> 2 <SEP> a1 <SEP> a2
<Tb>
The indices d, r1, r2 are determined by the following tables:
<tb>
<tb> indice <SEP> d <SEP> décalage <SEP> de <SEP> phase
<tb> (degrés)
<tb> 0 <SEP> +120 <SEP>
<tb> 1
<tb> 2 <SEP> -120
<tb> indice <SEP> r2 <SEP> tension <SEP> appliquée <SEP> aux
<tb> rotateurs <SEP> (2210) <SEP> et <SEP> (2241)
<tb> 0 <SEP> 5V
<tb> <Tb>
<tb> index <SEP> d <SEP> shift <SEP> of <SEP> phase
<tb> (degrees)
<tb> 0 <SEP> +120 <SEP>
<tb> 1
<tb> 2 <SEP> -120
<tb> index <SEP> r2 <SEP> voltage <SEP> applied <SEP> to
<tb> rotators <SEP> (2210) <SEP> and <SEP> (2241)
<tb> 0 <SEP> 5V
<Tb>
<Desc/Clms Page number 124> <Desc / Clms Page number 124>
<tb>
<tb> 1 <SEP> -5V
<tb> indice <SEP> r1 <SEP> tension <SEP> appliquée <SEP> aux
<tb> rotateurs <SEP> (2238) <SEP> et <SEP> (2226)
<tb> 0 <SEP> 5V
<tb> 1 <SEP> -5V
<tb> <Tb>
<tb> 1 <SEP> -5V
<tb> index <SEP> r1 <SEP> voltage <SEP> applied <SEP> to
<tb> rotators <SEP> (2238) <SEP> and <SEP> (2226)
<tb> 0 <SEP> 5V
<tb> 1 <SEP> -5V
<Tb>
Un couple d'images élémentaires (correspondant aux deux valeurs de l'indice q) est obtenu pour chaque combinaison des indices c,d,r1,r2 et pour chaque direction d'éclairage définie par les indices (k,p). A pair of elementary images (corresponding to the two values of the index q) is obtained for each combination of the indices c, d, r1, r2 and for each illumination direction defined by the indices (k, p).
Pour chaque direction d'éclairage (k,p), on obtient donc 36 couples d'images élémentaires notés
MOk, pc, d, r , r2 q, i, j . For each lighting direction (k, p), we thus obtain 36 pairs of elementary images noted
MOk, pc, d, r, r2 q, i, j.
Le filtre (2203) doit être réglé de manière à ce que le capteur ne soit jamais saturé, mais se rapproche autant que possible de la limite de saturation. De manière équivalente, il peut être réglé en l'abscence d'onde de référence pour que l'intensité maximale de l'onde parvenant au capteur en l'abscence d'atténuation du faisceau soit du quart du niveau maximal autorisé par la digitalisation du signal vidéo, soit 64 pour un digitaliseur 8 bits. The filter (2203) should be set so that the sensor is never saturated, but as close as possible to the saturation limit. Equivalently, it can be set in the absence of a reference wave so that the maximum intensity of the wave reaching the sensor in the absence of attenuation of the beam is one quarter of the maximum level allowed by the digitalization of the beam. video signal, ie 64 for an 8-bit digitizer.
-phase 2: Elle consiste en l'acquisition de 36 images élémentaires de plus, qui seront utilisées pour générer l'image de référence. Cette phase est identique à la phase 1 mais:
- on notera MRO[, 1fc,J, ,r2 q,i, j une image élémentaire obtenue. -phase 2: It consists of the acquisition of 36 more elementary images, which will be used to generate the reference image. This phase is identical to phase 1 but:
- MRO [, 1fc, J,, r2 q, i, j, an elementary image obtained.
- le mot de commande utilisé pour obtenir MRO[k, p][c,d,r r2 ][q, i, j] est C<3Mf/?,/,,],J[,,]1 ou i, , j, sont les coordonnées d'un point constant situé sur le coté du capteur, par exemple le point (3905) sur la Fig. 56. représentant un capteur et sur laquelle le contour (3902) représente la limite correspondant à l'ouverture de l'objectif, qui ne peut pas être dépassée par les faisceaux d'éclairage. Ce mot de commande ne dépend donc pas de k. Les coordonnées ir,jr peuvent être choisies de manière relativement arbitraire. Toutefois le choix d'un point (3905) fortement excentré permet que des points correspondant à des vecteurs fréquence totale (ft suivant les notations utilisées en 5. 3.) de norme comparable puissent être obtenus à partir de chaque capteur. Pour des échantillons ne présentant pas de structures régulières spécifiques, de tels points correspondent à des valeurs complexes comparables sur les deux capteurs, ce qui améliore la fiabilité des résultats. the command word used to obtain MRO [k, p] [c, d, r r2] [q, i, j] is C <3Mf /?, / ,,], J [,,] 1 or i, , j, are the coordinates of a constant point situated on the side of the sensor, for example the point (3905) in FIG. 56. representing a sensor and on which the outline (3902) represents the limit corresponding to the opening of the objective, which can not be exceeded by the illumination beams. This command word does not depend on k. The coordinates ir, jr can be chosen relatively arbitrarily. However, the choice of a point (3905) strongly eccentric allows points corresponding to vectors total frequency (ft following the notations used in 5. 3.) of comparable standard can be obtained from each sensor. For samples that do not have specific regular structures, such points correspond to comparable complex values on both sensors, which improves the reliability of the results.
7. 12.2.2. Calcul des représentations fréquentielles bidimensionnelles. 7. 12.2.2. Calculation of two-dimensional frequency representations.
Après la phase d'acquisition, un programme spécifique doit être utilisé pour générer à partir de ces images élémentaires des images en nombres complexes et les indicateurs de bruit associés. Pour générer
M p,o[',./] et jt,/>,9 [' ./] le programme parcourt les indices (k,p) en effectuant pour chaque couple (k,p) les 3 étapes suivantes: After the acquisition phase, a specific program must be used to generate from these elementary images complex number images and the associated noise indicators. To generate
M p, o [',. /] And jt, />, 9 [' ./] the program traverses the indices (k, p) by performing for each pair (k, p) the following 3 steps:
<Desc/Clms Page number 125><Desc / Clms Page number 125>
étape 1: génération du tableau indicateur d'atténuation. ce tableau est un tableau d'entiers M1[q,i, j] généré de la manière suivante : est initialisé à 0, puis le programme parcourt l'ensemble des indices q,i,j deux fois.
step 1: generating the mitigation scoreboard. this array is an array of integers M1 [q, i, j] generated in the following way: is initialized to 0, then the program traverses the set of indices q, i, j twice.
- premier parcours: le programme calcule max~ pix = max MOk, p0, d, rt , r2 q, i, j . Si pour une valeur d, r1,r2 donnée de q,i,j max~pix est égal à la valeur maximale du digitaliseur, alors le programme met à 1 ce pixels et ses voisins immédiats:
Mqq, +iadd, j + jadd] = 1 pour iadd et jadd variant de -1 à 1, et à condition de ne pas sortir des limites du tableau. - first run: the program calculates max ~ pix = max MOk, p0, d, rt, r2 q, i, j. If for a given value d, r1, r2 of q, i, j max ~ pix is equal to the maximum value of the digitizer, then the program sets to 1 this pixel and its immediate neighbors:
Mqq, + iadd, j + jadd] = 1 for iadd and jadd varying from -1 to 1, and provided you do not leave the limits of the table.
-second parcours: le programme calcule max- pix = max MOk, pl, d , rt , r2 q, i, j . Si pour une valeur d, r1,r2 donnée de q,i,j max~pix est égal à la valeur maximale du digitaliseur, alors le programme met à 2 ce pixels et ses voisins immédiats: M1[q,i + iadd,j + jadd] = 2 pour iadd et jadd variant de-1 à 1, et à condition de ne pas sortir des limites du tableau. -second path: the program calculates max- pix = max MOk, pl, d, rt, r2 q, i, j. If for a given value d, r1, r2 of q, i, j max ~ pix is equal to the maximum value of the digitizer, then the program sets to 2 this pixel and its immediate neighbors: M1 [q, i + iadd, j + jadd] = 2 for iadd and jadd varying from -1 to 1, and provided you do not leave the limits of the table.
A l'issue de cette étape le tableau M1[q,i,j] contient l'indice correspondant à l'atténuation devant être utilisée pour atténuer l'image. étape 2: génération des images complexes correspondant à chaque position des rotateurs.
At the end of this step the array M1 [q, i, j] contains the index corresponding to the attenuation to be used to attenuate the image. step 2: generation of complex images corresponding to each rotator position.
M2[r,r2q,i>≥ ']][.J 1 2MOk,p][Ml[qiJ]Or>>r29ij att M q,I,J 6 lref[pq+ pq,I,J] -MO[k, p][Ml[q,i,j]]h rl > r2 [q,i,j - MO[k,p] Ml[q,i,j ,2,rl r2 ][q,i,j]) 2 ~1 (MO[k,PeMlpq i>JI>rmrz[RiJyMOk>P[Ml9tJ]2>ri>r29i>JJ étape 3 : combinaison des images obtenues pour les diverses positions des rotateurs.
L'objet de cette étape 3 est de calculer Mk, p,q i, j en fonction de M2rl,r2q,i, j . Ceci peut être réalisé simplement sans utiliser les variations de polarisation en effectuant Mk,p,q [i, j] = M2[1,1][q,i,j] le bruit étant alors donné par: jt,p,9[',y] = 1
La grandeur Mk,p,q[i,j] ainsi générée correspond à celle qui était utilisée dans le premier mode de réalisation. Néanmoins, cette méthode induit des imprécisions sur les fréquences élevées et il est
préférable d'utiliser le principe décrit en 7.12.1., ou M2rl,r2q,i, j correspond à la grandeur mesurée, qui était notée Cr1,r2 en 7.12.1. D'autres variantes de cette méthode seront décrites en 7.18.
L'étape 3 est donc içi réalisée comme suit : M2 [r, r2q, i> ≥ ']] [.J 1 2MOk, p] [M1 [qiJ] Or >> r29ij att M q, I, J 6 lref [pq + pq, I, J] -MO [k , p] [M1 [q, i, j]] h1> r2 [q, i, j - MO [k, p] M1 [q, i, j, 2, r1 r2] [q, i, j] ) 2 ~ 1 (MO [k, PeMlpq i>JI> rmrz [RiJyMOk> P [Ml9tJ] 2>ri>r29i> JJ step 3: combination of the images obtained for the various positions of the rotators.
The object of this step 3 is to calculate Mk, p, qi, j according to M2rl, r2q, i, j. This can be done simply without using the polarization variations by performing Mk, p, q [i, j] = M2 [1,1] [q, i, j] the noise being then given by: jt, p, 9 [ ', y] = 1
The magnitude Mk, p, q [i, j] thus generated corresponds to that used in the first embodiment. Nevertheless, this method induces inaccuracies on high frequencies and it is
it is preferable to use the principle described in 7.12.1., where M2rl, r2q, i, j corresponds to the measured quantity, which was denoted Cr1, r2 in 7.12.1. Other variants of this method will be described in 7.18.
Step 3 is thus performed as follows:
<Desc/Clms Page number 126> <Desc / Clms Page number 126>
Pour chaque valeur des indices q,i,j le programme calcule: po = pq + pq
i- Nprx Npix X, 2 Yc = 2 Zc = 1-xc -Yc n0 Kpo Kpo n" n" xe = IaqP>lk>PJk>P- N2rx ,7],,]]- Ze = 1-xe 2 -Ye xe- nOK , Ye- K ,ze - 1-xe -Ye no Kpo no Kpo VyZ YC2 - ZY. For each value of the indices q, i, j the program calculates: po = pq + pq
i-Nprx Npix X, 2 Yc = 2 Zc = 1-xc-Yc n0 Kpo Kpo n "n" xe = IaqP>lk>PJk> P-N2rx, 7] ,,]] - Ze = 1-xe 2 - Ye xe-OK, Ye-K, ze-1-xe-Ye no Kpo no Kpo VyZ YC2-ZY.
V xz = -xeze e +z c x vxy =-xcYe +Ycxe Mc 2 = xc 2 +Yc Me 2 = xe 2 +Ye 2 2
Les valeurs de sin q e cos q e sin q e cos q sont déterminées selon les tableaux d'affectation suivants:
Mce 0 autre M, 0 autre cosço, ~ Me Ye Mc 21 Mee (y2V^ ~ x@y@V^ + x@Vxy) sin ço, Me xe Mc 1 Mce e (~Xy@V + x2V +3'cvxyl ce autre Me 0 autre cosqe - Mc Ye Me 21 Mce (Yévyz-x'eYevxz'±xev.zyl sinqe 7t Me 1 Mce (-xeYevyz + xe Z vxz +Yexy) puis les coefficients sont calculés:
coef k, p, q, i, j 0,0 ~ - cos p COSq1e coef k, p,q,i, j0,1 ~ -sinpe cosrp V xz = -xeze e + zcx vxy = -xcYe + Ycxe Mc 2 = xc 2 + Yc Me 2 = xe 2 + Ye 2 2
The values of sin qe cos qe sin qe cos q are determined according to the following assignment tables:
Mce 0 other M, 0 other cosço, ~ Me Ye Mc 21 Mee (y2V ^ ~ x @ y @ V ^ + x @ Vxy) sin ço, Me xe Mc 1 Mce e (~ Xy @ V + x2V + 3'cvxyl this other Me 0 other cosqe - Mc Ye Me 21 Mce (Yevyz-x'eYevxz '± xev.zyl sinqe 7t Me 1 Mce (-xeYevyz + xe Z vxz + Yexy) then the coefficients are calculated:
coef k, p, q, i, j 0,0 ~ - cos p COSq1e coef k, p, q, i, j0,1 ~ -sinpe cosrp
<Desc/Clms Page number 127> <Desc / Clms Page number 127>
coef[k, p,q, i,j][l,O] = -COSq1e sin ço, coef[k,p,q,i,j][l,l] = -sinq1e sinq1e
Ces coefficients ne dépendent pas du résultat des prises d'images et dans le cas ou on répète toujours la même série ils peuvent être stockés dans un tableau plutôt que recalculés à chaque fois. C'est pourquoi on les a içi exprimé sous cette forme. Le programme utilise ensuite ces valeurs pour combiner les images obtenues avec les différentes positions des rotateurs de la manière suivante:
coef [k, p, q, i, j] [l, O] = -COSq1e sin ço, coef [k, p, q, i, j] [l, l] = -sinq1e sinq1e
These coefficients do not depend on the result of the taking of images and in the case where one repeats always the same series they can be stored in a table rather than recalculated each time. That is why they were expressed in this form. The program then uses these values to combine the images obtained with the different rotator positions as follows:
M2rl,r2q,i, j correspond à la grandeur mesurée, qui était notée Cr,r2 en 7.12.1 Mk,p,q [i,j] correspond à la grandeur qui était notée M en 7.12.1 Par ailleurs le programme calcule une amplitude de bruit:
Bk>P91>.I - attMlq,r,J Ce qui termine l'étape 3.
M2rl, r2q, i, j corresponds to the measured quantity, which was denoted Cr, r2 in 7.12.1 Mk, p, q [i, j] corresponds to the quantity which was denoted M in 7.12.1 Furthermore the program calculates a noise amplitude:
Bk>P91> .I - attMlq, r, J Which ends step 3.
Lorsque le programme a calculé M k,p,q [1, j] et Bk,p,q ri, J] il calcule également H k,p,q [1, j] et BHk, p,q 1, j . Ce second calcul est effectué de la même manière que le précédent, en trois étapes, mais MOk, pc, d, r1, r2 q, i, ,J], Mk, p,9 [i, j) et Bk, p,9 i, j sont remplacés respectivement par MROk, pc,d,rl,r2q,i, j, Hk,p,qi, jet BI-Ik,p,q [i, il et dans l'étape 3 les affectations de x, et Ye sont
. il - Npix remplaçées par - Jr #yremplacées par x,, # # # , ye = n 2- "0 0 nv nv
La procédure ci-dessus est celle qui permet le maximum de précision. Toutefois, en raison du nombre élevé d'images élémentaires requises, il peut être nécessaire d'utiliser une procédure plus rapide. Il est possible de ne pas utiliser les quatre images générées par la combinaison des indices r, , r2 ,comme dans le premier mode de réalisation dans lequel une seule image est générée. Il est également possible de ne pas utiliser l'atténuation de faisceau. La méthode la plus rapide consiste donc à n'utiliser que trois images élémentaires différant entre elles par leur phase. L'image de référence peut également être acquise seulement une fois sur dix (par exemple) de manière à limiter la perte de temps liée à son acquisition, et à condition que les vibrations ne soient pas trop importantes. L'image de référence peut être simplifiée de la même manière que l'image utile, mais cette simplification aura en général moins de conséquences sur la qualité des résultats. Il peut donc être utile de la simplifier d'avantage que l'image utile. When the program has calculated M k, p, q [1, j] and Bk, p, q ri, J] it also calculates H k, p, q [1, j] and BHk, p, q 1, j. This second calculation is done in the same way as the previous one, in three steps, but MOk, pc, d, r1, r2 q, i,, J], Mk, p, 9 [i, j) and Bk, p, 9 i, j are replaced respectively by MROk, pc, d, r1, r2q, i, j, Hk, p, qi, jet BI-Ik, p, q [i, it and in step 3 the assignments of x , and Ye are
. it - Npix replaced by - Jr # y replaced by x ,, # # #, ye = n 2- "0 0 nv nv
The above procedure is the one that allows maximum accuracy. However, because of the large number of basic images required, it may be necessary to use a faster procedure. It is possible not to use the four images generated by the combination of indices r 1, r 2, as in the first embodiment in which a single image is generated. It is also possible to not use beam attenuation. The fastest method is therefore to use only three elementary images differing in phase. The reference image can also be acquired only once in ten (for example) so as to limit the loss of time associated with its acquisition, and provided that the vibrations are not too great. The reference image can be simplified in the same way as the useful image, but this simplification will generally have less impact on the quality of the results. It may therefore be useful to simplify it further than the useful image.
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7. 13. Calcul des indices de commande. 7. 13. Calculation of the order indices.
Le tableau d'indices de commande est le tableau Id qui permet d'associer à des coordonnées en
pixels (i, j) et à un capteur p des indices de commande virtuels (f, , y], Jdp,i, j tels que le mot de commande COMp,Idp,i, j,Jdp,i, j génère un éclairage éclairant un point aussi proche que possible du point de coordonnées (i,j) sur le capteur p. Ce tableau est généré par l'algorithme de la Fig.53. Dans cette algorithme, E(x) désigne l'entier le plus proche de x. Avant de lancer cet algorithme, le tableau D doit être initialisé à une valeur élevée, par exemple 100000. A l'issue de ce programme le tableau D contient pour chaque point la distance entre ce point et le point le plus proche obtenu pour le point d'impact direct
d'une onde d'éclairage. La double boucle de l'algorithme, (io,jo) et sur il, jl permet de définir des valeurs Id[p,i,j],Jd[p,i,j] y compris pour des points qui ne correspondent pas exactement au point d'impact du faisceau direct. The array of control indices is the table Id which allows to associate with coordinates in
pixels (i, j) and a sensor p virtual control indices (f,, y), Jdp, i, j such that the control word COMp, Idp, i, j, Jdp, i, j generates lighting illuminating a point as close as possible to the point of coordinates (i, j) on the sensor P. This array is generated by the algorithm of Fig. 5. In this algorithm, E (x) designates the nearest integer Before starting this algorithm, the array D must be initialized to a high value, for example 100000. At the end of this program, the table D contains for each point the distance between this point and the nearest point obtained. for the point of direct impact
a lighting wave. The double loop of the algorithm, (io, jo) and on it, jl makes it possible to define values Id [p, i, j], Jd [p, i, j] including for points which do not correspond exactly at the point of impact of the direct beam.
Une trajectoire du point d'impact direct peut être définie par les tableaux (I0[k], Jo[k]) définissant en fonction de l'indice k les coordonnées du point d'impact direct souhaité. Par exemple si la trajectoire est un cercle de rayon R pixels on peut avoir: Io[k] = R cos R , J0[k] = R sink/R pour k allant de 0 à 2#R
Les tableaux définissant les indices de commande en fonction de k et p sont obtenus à partir de I0[k] et Jo[k] par :
14k, p] = Jd[p,Jo[k], Jo[k]] et Jc[k, p] = Jd[p, Io[k], Jo[k]]
7. 14. Différence de marche induite sur les ondes issues de l'objet. A trajectory of the point of direct impact can be defined by the tables (I0 [k], Jo [k]) defining according to the index k the coordinates of the point of direct impact desired. For example if the trajectory is a circle of radius R pixels one can have: Io [k] = R cos R, J0 [k] = R sink / R for k ranging from 0 to 2 # R
The tables defining the control indices as a function of k and p are obtained from I0 [k] and Jo [k] by:
14k, p] = Jd [p, Jo [k], Jo [k]] and Jc [k, p] = Jd [p, Io [k], Jo [k]]
7. 14. Differential step induced on the waves coming from the object.
La Fig. 54 illustre le calcul de la différence de marche d'une onde issue d'un point 0 de l'objet par rapport à l'onde de référence issue virtuellement d'un pointa d'un milieu d'indice nv (indice nominal des objectifs). On a: # = n0l0-nvlv A =nodo cosss-nvdv cosa avec n0 sin ss = nv sina d'ou finalement :
Fig. 54 illustrates the calculation of the difference in operation of a wave coming from a point 0 of the object with respect to the reference wave issuing virtually from a pointa of a medium of index nv (nominal index of the objectives ). We have: # = n0l0-nvlv A = nodo cosss-nvdv cosa with n0 sin ss = nv sina or finally:
La Fig. 55 illustre le calcul de la différence de marche entre une onde issue d'un point 0 de l'objet et l'onde de référence issue virtuellement du point Aou p est l'indice du capteur considéré. Les coordonnées de Appar rapport à un repère centré en 0 et de vecteurs directeurs #p, #p,#p sont
xP , y p , z et la distance entre O et le bord de l'objet du coté du capteur/? est w p . Les vecteurs 1p, jp, p sont définis comme indiqué en 7. 7. On vérifie que conformément à l'orientation des axes sur la Fig. 55, les Fig. 55 illustrates the calculation of the difference in operation between a wave issuing from a point 0 of the object and the reference wave issuing virtually from the point A 0 where p is the index of the sensor considered. The coordinates of Appar relative to a reference centered in 0 and direction vectors #p, # p, # p are
xP, yp, z and the distance between O and the edge of the object on the side of the sensor /? is wp. The vectors 1p, jp, p are defined as indicated in 7. 7. It is verified that according to the orientation of the axes in FIG. 55, the
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vecteurs de base des repères utilisés dans chaque demi-espace repéré par l'indice capteur p vérifient :
Ta =-'lJo =-7l0 = -k1. Lorsque xp = yp = 0 on peut appliquer la formule précédente:
avec d0 = wp dv = wp - zp
1.2 1-2 sin a; = ### sinz =kp2 ou i,j sont des coordonnées en pixels prises à partir du centre optique du capteur. basic vectors of the marks used in each half-space identified by the sensor index p verify:
Ta = -Jo = -7l0 = -k1. When xp = yp = 0 we can apply the previous formula:
with d0 = wp dv = wp - zp
1.2 1-2 sin a; = ### sinz = kp2 where i, j are pixel coordinates taken from the optical center of the sensor.
Si on tient compte également de xp,yp il faut ajouter à cette différence de marche la quantité :
et on obtient finalement pour la différence de marche totale:
En particulier on peut positionner le point 0 de manière à avoir
ou x,y,z sont les coordonnées déterminées en 7.11. On a alors:
Pour obtenir une représentation fréquentielle de l'objet, les représentations fréquentielles bidimensionnelles devront être corrigées pour compenser cette différence de marche. Dans cette expression, seules les valeurs de w n'ont pas encore été déterminées. If we also consider xp, yp we must add to this difference in the quantity:
and we finally get for the total walking difference:
In particular we can position the point 0 in order to have
or x, y, z are the coordinates determined in 7.11. We then have:
To obtain a frequency representation of the object, the two-dimensional frequency representations will have to be corrected to compensate for this difference of step. In this expression, only the values of w have not yet been determined.
7.15. Calcul de wp#
7. 15.1. Principe:
Pour corriger les représentations fréquentielles bidimensionnelles du facteur de phase déterminé en 7. 14., il est nécessaire de déterminer préalablement les valeurs wp , c'est-à-dire en fait la seule valeur w0 puisque w1 s'en déduit par w1 = L - wo. 7.15. Wp # calculation
7. 15.1. Principle:
To correct the two-dimensional frequency representations of the phase factor determined in 7. 14., it is necessary to determine previously the values wp, that is to say the only value w0 since w1 is deduced by w1 = L - wo.
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Si l'indice moyen de l'objet est proche de l'indice nominal des objectifs, l'effet de wpsur la valeur # p est négligeable et on peut par exemple adopter la valeur wp p = L 2 et positionner l'échantillon entre les deux objectifs visuellement, en ajustant cette position ultérieurement pour obtenir une image de la zone d'intérêt de cet échantillon. If the average index of the object is close to the nominal index of objectives, the effect of wpsur value # p is negligible and we can for example adopt the value wp p = L 2 and position the sample between two objectives visually, adjusting this position later to obtain an image of the area of interest of this sample.
Il est également possible d'ajouter une couche réfléchissante sur le coté d'une des lamelles qui est en contact avec l'objet, par exemple celle qui se trouve du coté de l'objectif (2217), sur une zone de dimensions réduite. Lorsque le faisceau FRD et son indicateur inverse sont utilisés seuls et lorsque la partie réfléchissante est positionnée de manière à réfléchir le faisceau indicateur inverse de FRD, alors la figure d'interférences formée sur le capteur (2239) doit être une constante. La position de l'échantillon doit alors être ajustée pour obtenir effectivement une telle constante. Lorsque cet ajustement a été opéré, on a w0 = z/2. It is also possible to add a reflective layer on the side of one of the slats which is in contact with the object, for example that which is located on the side of the objective (2217), on a small area. When the FRD beam and its inverse indicator are used alone and when the reflecting portion is positioned to reflect the RFD reverse indicator beam, then the interference pattern formed on the sensor (2239) must be a constant. The position of the sample must then be adjusted to actually obtain such a constant. When this adjustment has been made, we have w0 = z / 2.
Si un positionneur suffisamment précis est utilisé, la position de l'échantillon peut alors être modifiée dans le sens de l'axe optique pour obtenir w0 =L/2. La position de l'échantillon doit enfin être modifiée dans le sens orthogonal à l'axe optique de manière à ce que la zone réfléchissante de la lamelle se trouve hors du champ d'observation. If a sufficiently accurate positioner is used, the position of the sample can then be modified in the direction of the optical axis to obtain w0 = L / 2. The position of the sample must finally be modified in the direction orthogonal to the optical axis so that the reflective zone of the lamella is out of the field of view.
Cependant les deux méthodes précédentes imposent des contraintes pratiques qui peuvent être gênantes. Une solution permettant d'éviter cette difficulté est d'effectuer la détermination de wp à partir de mesures effectuées sur l'échantillon dans sa position définitive. However the two previous methods impose practical constraints that can be troublesome. One solution to avoid this difficulty is to make the determination of wp from measurements made on the sample in its final position.
Une représentation fréquentielle Fa peut être obtenue à partir de l'ensemble des représentations fréquentielles bidimensionnelles issues du capteur 0 (2239) lorsque le point d'impact direct de l'onde d'éclairage est sur ce même capteur, et parcourt sur ce capteur, par exemple, la trajectoire représentée en pointillés Fig. 56. Cette représentation est obtenue de manière très semblable à la méthode utilisée dans le premier mode de réalisation, avec cependant les différences suivantes: -La représentation fréquentielle bidimensionnelle doit être multipliée par le facteur de correction e -j2#@/# pour annuler le déphasage produit par l'aberration sphérique. A frequency representation Fa can be obtained from the set of two-dimensional frequency representations from the sensor 0 (2239) when the point of direct impact of the illumination wave is on the same sensor, and travels on this sensor, for example, the trajectory shown in dashed lines. 56. This representation is obtained very similar to the method used in the first embodiment, with however the following differences: The two-dimensional frequency representation must be multiplied by the correction factor e-j2 # @ / # to cancel the phase shift produced by spherical aberration.
- la valeur du coefficient K pris en compte doit être multipliée par un facteur n0 pour prendre en compte nv l'indice moyen dans l'échantillon. - the value of the coefficient K taken into account must be multiplied by a factor n0 to take into account nv the average index in the sample.
-Afin de limiter les phénomènes de repliement de la fonction de correction, la représentation fréquentielle est suréchantillonnée. In order to limit the phenomena of folding of the correction function, the frequency representation is oversampled.
- Lorsqu'un point de l'espace des fréquences est obtenu plusieurs fois, la valeur retenue est une des valeurs obtenues et non la moyenne des valeurs obtenues. - When a point in the frequency space is obtained several times, the value used is one of the values obtained and not the average of the values obtained.
En principe, la représentation fréquentielle ainsi obtenue ne dépend pas du choix de la valeur retenue quand un point de l'espace des fréquences est obtenu plusieurs fois. Toutefois, ceci n'est vrai que si le facteur de correction a une valeur correcte. In principle, the frequency representation thus obtained does not depend on the choice of the value chosen when a point in the frequency space is obtained several times. However, this is only true if the correction factor has a correct value.
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-j2##p/@
Dans ces conditions, et compte tenu de l'expression de la fonction de correction e #, la valeur de la représentation fréquentielle bidimensionnelle Fa ainsi obtenue, en un point de l'espace des fréquences de coordonnées ni,nj,nk, peut s'écrire sous la forme:
Fa[ni,nj,nk] = Fni,nj,nk\esç(-j27iG\ni,ni,nk\\v Lorsqu'un point de l'espace des fréquences est obtenu plusieurs fois, les valeurs Fsni,nj,nk et G[ ni, nj, nk] obtenues sont à chaque fois différentes. Pour chaque point, on définit Gmin[ ni, nj, nk] et Gmax[ ni, nj, nk], valeurs minimale et maximale obtenues pour G en ce point. Fsmin[ni, ni, nk] et 7M'x[,M/,] sont alors les valeurs obtenues pour F4ni, ni, nkl lorsque G[ ni, nj, nk] vaut respectivement Gmin[ni,nj,nk] et Gmax[ni,nj,nkl. -j2 ## w / @
Under these conditions, and taking into account the expression of the correction function e #, the value of the two-dimensional frequency representation Fa thus obtained, at a point in the space of the coordinate frequencies ni, nj, nk, can be write in the form:
Fa [ni, nj, nk] = Fni, nj, nk \ esc (-j27iG \ ni, ni, nk \\ v When a point in the frequency space is obtained several times, the values Fsni, nj, nk and G [ni, nj, nk] obtained are different each time For each point, we define Gmin [ni, nj, nk] and Gmax [ni, nj, nk], minimum and maximum values obtained for G at this point Fsmin [ni, ni, nk] and 7M'x [, M /,] are then the values obtained for F4ni, ni, nkl when G [ni, nj, nk] is respectively Gmin [ni, nj, nk] and Gmax [ni, nj, nkl.
On obtient alors les deux représentations fréquentielles: Famin[ni,nj,nk] = Fsminni, nj, nk exp- j2rGminni, nj, nkw p Famcrxm, n, nk = Fsmaxni, n, nk exp- j2rGmaxnr, n, nkw p
Lorsque la valeur de w0est correcte, ces deux représentations sont égales. Le calcul de w0 consiste à minimiser l'écart-type entre les deux représentations fréquentielles Famin et Famax. L'écart-type à minimiser est en principe:
The two frequency representations are then obtained: Famin [ni, nj, nk] = Fsminni, nj, nk exp_j2rGminni, nj, nkw p Famcrxm, n, nk = Fsmaxni, n, nk exp- j2rGmaxnr, n, nkw p
When the value of w0 is correct, these two representations are equal. The computation of w0 consists of minimizing the standard deviation between the two Famin and Famax frequency representations. The standard deviation to be minimized is in principle:
Toutefois, le bruit n'étant pas constant sur l'ensemble de la représentation fréquentielle, chaque élément de cette somme doit être pondéré par l'inverse du bruit au point considéré et on obtient:
ou Btot[ni,nj,nk] est une amplitude de bruit définie en chaque point. However, since the noise is not constant over the whole of the frequency representation, each element of this sum must be weighted by the noise inverse at the point considered and we obtain:
or Btot [ni, nj, nk] is a noise amplitude defined at each point.
En développant l'expression de cet écart-type on obtient une expression simplifiée qui facilite le calcul de minimisation. By developing the expression of this standard deviation, a simplified expression is obtained which facilitates the minimization calculation.
7. 15. 2. Algorithme:
Le calcul de wpse fait à l'aide d'un programme dont l'algorithme est décrit Fig.57. Ce programme doit disposer au départ des informations suivantes : - valeurs établies en 7.11.: x,y,z,L, n0 - paramètre de fonctionnement wpixels, par exemple wpixels=5. 7. 15. 2. Algorithm:
The calculation of wpse is done using a program whose algorithm is described Fig.57. This program must initially have the following information: - values established in 7.11: x, y, z, L, n0 - operating parameter wpixels, for example wpixels = 5.
Les étapes essentielles de ce programme sont les suivantes: - (4001): acquisition des images. Une série d'images est obtenue en faisant parcourir au point d'impact direct du faisceau d'éclairage la trajectoire représentée en pointillés sur la Fig. 56, ou (3901) représente la The essential steps of this program are the following: - (4001): image acquisition. A series of images is obtained by scanning at the point of direct impact of the illumination beam the trajectory shown in dashed lines in FIG. 56, or (3901) represents the
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limite de la zone utile du capteur, (3902) représente la limite correspondant à l'ouverture maximale des objectifs, (3903) représente une partie circulaire de la trajectoire et (3904) représente une partie rectiligne de la trajectoire. Comme indiqué en 7. 13. on génère les tableaux folk] Jo[k] selon cette trajectoire et le
programme calcule les indices de commande correspondants ldk, pl Jcf, p1. Le programme effectue alors l'acquisition de la série d'images selon la procédure indiquée en 7. 12. La procédure d'acquisition génère les
tableaux Mk, p,q [i, j . Toutefois, seuls les tableaux correspondant à des indices q,p nuls seront utilisés ici, soit Mk,0,0[i,j]. limit of the useful area of the sensor, (3902) represents the limit corresponding to the maximum opening of the objectives, (3903) represents a circular part of the trajectory and (3904) represents a rectilinear part of the trajectory. As indicated in 7. 13. we generate the folk paintings] Jo [k] according to this trajectory and the
program calculates the corresponding control indices ldk, pl Jcf, p1. The program then acquires the series of images according to the procedure indicated in 7. 12. The acquisition procedure generates the
tables Mk, p, q [i, j. However, only the tables corresponding to indices q, p void will be used here, ie Mk, 0,0 [i, j].
- (4002): calcul de Fsmin, Gmin, Fsmax, Gmax, Btot Etape 1: Chaque tableau Mk,0,0[i,j] obtenu lors de la phase d'acquisition est d'abord suréchantillonné de la manière suivante, en 3 étapes: Etape 1.1.: le programme effectue la transformée de Fourier bidimensionnelle inverse du tableau Mk,o,o Etape 1.2.: le programme complète ce tableau par des zéros pour obtenir un tableau Msk de dimensions Nd x Nd (par exemple Nd=512). Msk est initialisé à 0 puis le programme parcourt les indices i,j du tableau Mk,0,0en effectuant :
Etape 1.3.: une transformée de Fourier directe du tableau Msk est effectuée, ce qui termine la phase de suréchantillonnage. - (4002): calculation of Fsmin, Gmin, Fsmax, Gmax, Btot Step 1: Each table Mk, 0,0 [i, j] obtained during the acquisition phase is first oversampled as follows, in 3 steps: Step 1.1 .: the program performs the inverse two-dimensional Fourier transform of the table Mk, o, o Step 1.2 .: the program completes this array with zeros to obtain an Msk array of dimensions Nd x Nd (for example Nd = 512). Msk is initialized to 0 and then the program traverses the indices i, j of the table Mk, 0,0 by performing:
Step 1.3 .: a direct Fourier transform of the Msk array is performed, which completes the oversampling phase.
Etape 2 : Les éléments de chaque tableau Msk sont rapportés à la valeur obtenue au point d'impact direct de l'onde d'éclairage:
ou on note:
imaxk = tel Nd la[0,0, Ic[k,0], Jc[k,0] Npx li jmaxk = EC N Ja0,0, Ic[k,0], Jc[k,0]J y/Km-A. N pix ou E (x) l'entier le plus proche de x. Step 2: The elements of each Msk array are related to the value obtained at the point of direct impact of the illumination wave:
where we note:
imaxk = such Nd the [0,0, Ic [k, 0], Jc [k, 0] Npx li jmaxk = EC N Ja0,0, Ic [k, 0], Jc [k, 0] J y / Km -AT. N pix or E (x) the integer closest to x.
Etape 3: Lorsque le programme a ainsi généré l'ensemble des tableaux suréchantillonnés Msk il calcule une amplitude de bruit suréchantillonnée sous forme d'un ensemble de tableaux de réels positifs Bsk de dimensions Nd x Nd . A cette fin il parcourt les indices i,j,k ou i et/ varient entre 0 et Nd -1 en effectuant: Step 3: When the program has thus generated the set of oversampled Msk tables it calculates an oversampled noise amplitude in the form of a set of tables of positive reals Bsk of dimensions Nd x Nd. For this purpose it goes through the indices i, j, k or i and / vary between 0 and Nd -1 by performing:
<Desc/Clms Page number 133> <Desc / Clms Page number 133>
Dans cette équation, lorsque le couple il, j1 est en dehors des limites du tableau Bk,0,0le coefficient Bk,0,0[i1,j1] est supposé égal à 0.
In this equation, when the pair il, j1 is outside the limits of the table Bk, 0.0the coefficient Bk, 0,0 [i1, j1] is assumed equal to 0.
Etape 4: Le programme initialise à 0 les tableaux Fsmin, Fsmax, il initialise respectivement à 1020 et -1020 les tableaux Gmin et Gmax, et il initialise à 1020 les tableaux Bmin,Bmax. Ces tableaux ont chacun pour dimensions 2 Nd x 2 Nd x 2 Nd . Step 4: The program initializes the tables Fsmin, Fsmax at 0, it initialises the tables Gmin and Gmax respectively at 1020 and -1020, and sets the tables Bmin, Bmax at 1020. These tables each have dimensions of 2 Nd x 2 Nd x 2 Nd.
Le programme parcourt ensuite les indices i,j,k ou i et j varient de 0 à Nd-1 en effectuant pour chaque triplet (i,j,k) les étapes suivantes, numérotées de 4.1à 4.3: étape 4. 1.: calcul des indices de la représentation fréquentielle tridimensionnelle. Le programme effectue les opérations suivantes: ni = i - imaxk + Nd
nJ = 1 Imaxk + Nd
Les valeurs m,nj,nk correspondent à des coordonnées dans un espace tridimensionnel de fréquences comme dans le premier mode de réalisation. Leur calcul menant à des valeurs non entières, on leur affecte l'entier le plus proche de la valeur obtenue. La valeur de K doit être corrigée pour tenir compte de l'indice de l'échantillon et on utilise donc n0 K0. Le coefficientr permet la prise en compte du suréchantillonnage. nv étape 4.2. : calcul des valeurs de G et Fs au point courant:
The program then traverses the indices i, j, k or i and j vary from 0 to Nd-1 by performing for each triplet (i, j, k) the following steps, numbered from 4.1 to 4.3: step 4. 1 .: calculation of the indices of the three-dimensional frequency representation. The program does the following: ni = i - imaxk + Nd
nJ = 1 Imaxk + Nd
The values m, nj, nk correspond to coordinates in a three-dimensional space of frequencies as in the first embodiment. Since their calculation leads to non-integer values, we assign them the integer closest to the value obtained. The value of K must be corrected to take into account the index of the sample and so we use n0 K0. The coefficientr allows the taking into account of the oversampling. Step 4.2. : calculation of the values of G and Fs at the current point:
avec: i.c=i.-Nd , j-c=j.- Nd , 1-Mc = 1.maxk -Nd z avec: !c = i - ##, jc = j - d , imc imaxk - d , c jmaxk - Dans les équations ci-dessus, ic,jc,imc,jmc correspondent à des coordonnées ramenées au centre optique et r a la même valeur que dans l'étape précédente.
with: ic = i.-Nd, jc = j.- Nd, 1-Mc = 1.maxk -Nd z with:! c = i - ##, jc = j - d, imc imaxk - d, c jmaxk - In the equations above, ic, jc, imc, jmc correspond to coordinates brought back to the optical center and ra the same value as in the previous step.
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étape 4.3.: modification éventuelle des valeurs de Gmin,Fsmin,Gmax,Fsmax.
Le progranune teste la valeur de Gval.
Si Gval S; Gmin[ni, nj, nk] le programme effectue: Gmin[ni,nj,nk] = Gval Fsmin[ni,nj,nk] = Fsval
Bmin[ni,nj,nk] = Bsk [i, il Si Gva/GMc[M/,M/,MA:1 le programme effectue: G/Km'[M!,n/',MA'1 = Gval Fsma4ni,nj,nkl = Fsval Bmaxni, nj, nk = Bsk i, j Etape 5: Le programme génère une amplitude globale de bruit. A cet effet il parcourt les indices ni,nj,nk en effectuant pour chacun de ces triplets l'opération
(4003) : La fonction calculée est en principe égale à:
ou Es est l'ensemble des points en lesquels les valeurs de Gmin et Gmax diffèrent, soit:
Es tK:,M/,MGMtU:fM/,M/,K1 Gminnt,nj,nk} Soit en développant l'expression:
La première partie de l'expression ne dépend pas de w0. Minimiser l'écart-type revient donc à maximiser la fonction suivante ou ReO désigne la partie réelle:
Toutefois cette fonction présente des fréquences élevées causant des repliements de spectre qui perturbent la convergence de l'algorithme. Ceux-ci sont supprimés en utilisant la fonction: step 4.3 .: possible modification of the values of Gmin, Fsmin, Gmax, Fsmax.
The program tests the value of Gval.
If Gval S; Gmin [ni, nj, nk] the program performs: Gmin [ni, nj, nk] = Gval Fsmin [ni, nj, nk] = Fsval
Bmin [ni, nj, nk] = Bsk [i, it If Gva / GMc [M /, M /, MA: 1 the program performs: G / Km '[M1, n /', MA'1 = Gval Fsma4ni , nj, nkl = Fsval Bmaxni, nj, nk = Bsk i, j Step 5: The program generates an overall amplitude of noise. For this purpose it goes through the indices ni, nj, nk by performing for each of these triplets the operation
(4003): The calculated function is in principle equal to:
where Es is the set of points in which the values of Gmin and Gmax differ, namely:
Es tK:, M /, MGMtU: fM /, M /, K1 Gminnt, nj, nk} Either by developing the expression:
The first part of the expression does not depend on w0. Minimizing the standard deviation therefore amounts to maximizing the following function or ReO denotes the real part:
However, this function has high frequencies causing spectrum folds that disturb the convergence of the algorithm. These are removed using the function:
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(4004) : l'algorithme itère la boucle sur wlargjusqu'à ce qu'une précision suffisante soit atteinte. Par exemple on peut avoir lim =#/8 wpixels
(4005): La valeur w f affichée correspond à wo . On a: W) = L -w f et Wo = w f La valeur rapport affichée correspond à:
(4004): the algorithm iterates the loop on wlarg until sufficient precision is reached. For example we can have lim = # / 8 wpixels
(4005): The wf value displayed is wo. We have: W) = L -wf and Wo = wf The displayed report value corresponds to:
La valeur rapport affichée caractérise la qualité du recoupement obtenu entre les images calculées à partir des représentations fréquentielles Famin et Famax. Plus elle est proche de 1 meilleur ce recoupement est. Lorsque l'échantillon est hors de la zone d'observation cette valeur se rapproche de 0. The displayed ratio value characterizes the quality of the overlap obtained between the images calculated from the Famin and Famax frequency representations. The closer it is to 1 better this crossover is. When the sample is out of the observation zone, this value is close to 0.
7. 15.3. Focalisation
Le réglage de focalisation consiste à positionner correctement l'échantillon dans la zone d'observation des objectifs. Lors de ce réglage, les valeurs de rapport et wf doivent être recalculées en permanence. La position de l'échantillon doit être ajustée selon l'axe (2263) de manière à obtenir une valeur suffisamment élevée de rapport, puis elle peut être ajustée plus finement de manière à obtenir par exemple
L wf =-. 7. 15.3. focus
The focus setting is to correctly position the sample in the target viewing area. In this setting, the ratio values and wf must be recalculated continuously. The position of the sample must be adjusted along the axis (2263) so as to obtain a sufficiently high ratio value, then it can be adjusted more finely so as to obtain, for example
L wf = -.
2
Ce réglage permet en général une première focalisation. Toutefois, si par exemple l'indice n0 est proche de nv, cette focalisation est très imprécise. 2
This setting usually allows a first focus. However, if for example the index n0 is close to nv, this focus is very imprecise.
Dans tous les cas, ce réglage doit ultérieurement être complété par une focalisation plus précise sur la zone d'intérêt, comme indiqué en 7.17.3. In all cases, this adjustment must be completed by a more precise focus on the area of interest, as indicated in 7.17.3.
7. 16. Obtention de la fonction de compensation des aberrations. 7. 16. Obtaining the aberration compensation function.
-j2##/@
La fonction e # permettant en principe de corriger les déphasages introduits par l'objet et correspondant à l'aberration sphérique comporte des fréquences élevées qui sont filtrées par le diaphragme. -j2 ## / @
The function e # allowing in principle to correct the phase shifts introduced by the object and corresponding to the spherical aberration comprises high frequencies which are filtered by the diaphragm.
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Elle ne peut donc pas être utilisée directement et il est nécessaire de la filtrer pour obtenir sous forme d'un tableau de dimensions Npix x Npix une fonction de correction utilisable. It can not therefore be used directly and it is necessary to filter it to obtain in the form of an array of dimensions Npix x Npix a usable correction function.
La fonction de compensation des aberrations, qui sera utilisée dans la phase d'imagerie, est obtenue de la manière suivante: Etape 1: génération des tableaux Dspde dimensions Ne x Ne avec par exemple Ne =4096:
le tableau Dsp correspond à la fonction e -j2##/# échantillonnée avec un pas suffisamment fin pour éviter le repliement de spectre. The aberration compensation function, which will be used in the imaging phase, is obtained in the following way: Step 1: generation of the Dspde tables dimension Ne x Ne with for example Ne = 4096:
the array Dsp corresponds to the function e -j2 ## / # sampled with a sufficiently fine pitch to avoid the aliasing of the spectrum.
Etape 2 : transformation de Fourier inverse des tableaux Dsp 1,,'tape 3 : extraction de la partie centrale du tableau, de dimensions Npix x Npix avec simulation du diaphragme. Le programme effectue:
pour tous les couples (ij) tels que
ou ouv est l'ouverture des objectifs. Step 2: inverse Fourier transformation of Tables Dsp 1 ,, 'Step 3: Extraction of the central part of the array, of Npix x Npix dimensions with simulation of the diaphragm. The program performs:
for all couples (ij) such as
where open is the opening of the objectives.
Etape 4: transformation de Fourier du tableau Dp. Step 4: Fourier transformation of the Dp array.
On obtient alors sous la forme du tableau D la fonction de correction utilisable. Then, in the form of Table D, the usable correction function is obtained.
7. 17. Réalisation d'images tridimensionnelles. 7. 17. Realization of three-dimensional images.
7. 17.1. principe
7. 17.1.1. Superposition des représentations fréquentielles. 7. 17.1. principle
7. 17.1.1. Superposition of frequency representations.
On a vu que pour un faisceau d'éclairage donné (indice k,p) on obtient deux images bidimensionnelles correspondant aux deux capteurs et repérées par l'indice q. Lorsqu'on fait parcourir au point d'impact direct la trajectoire de la Fig. 56 sur le capteur numéro 0, on peut générer à partir des images bidimensionnelles obtenues sur les deux capteurs une représentation fréquentielle. La Fig. 58 montre comment un ensemble de représentations fréquentielles bidimensionnelles engendre une représentation tridimensionnelle. Une représentation bidimensionnelle est composée d'une portion de sphère (4101) obtenue sur le capteur numéro 0 et d'une portion de sphère (4102) obtenue sur le capteur numéro 1. Lorsque le point d'impact direct se déplace sur une trajectoire transverse (3904) le mouvement de ces portions de We have seen that for a given lighting beam (index k, p) we obtain two two-dimensional images corresponding to the two sensors and marked by the index q. When the trajectory of FIG. 56 on the sensor number 0, one can generate from the two-dimensional images obtained on the two sensors a frequency representation. Fig. 58 shows how a set of two-dimensional frequency representations generates a three-dimensional representation. A two-dimensional representation is composed of a sphere portion (4101) obtained on the sensor number 0 and a sphere portion (4102) obtained on the sensor number 1. When the point of direct impact moves on a transverse trajectory (3904) the movement of these portions of
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sphères engendre un volume. Sur la figure 58, on a représenté un ensemble de telles portions de sphères, obtenues pour diverses positions du point d'impact direct sur une trajectoire transverse. Lorsque le point d'impact direct se déplace sur le cercle (3903) le volume (4104) délimité par (4105) est engendré en plus. spheres generates a volume. In Figure 58, there is shown a set of such portions of spheres, obtained for various positions of the point of direct impact on a transverse path. When the point of direct impact moves on the circle (3903) the volume (4104) delimited by (4105) is generated in addition.
Lorsque le point d'impact direct est sur le capteur numéro 1, un volume symétrique est généré. When the direct impact point is on sensor number 1, a symmetrical volume is generated.
On distingue quatre représentations fréquentielles tridimensionnelles partielles que l'on notera
Fp,q ou le couple (p,q) désigne un couple (capteur recevant l'onde d'éclairage directe, capteur dont les représentations bidimensionnelles permettant de générer Fp,qsont issues) avec p=O pour le capteur (2239), p=1 pour (2229), q=0 quand il désigne le même capteur quep et q=1 quand il désigne le capteur opposé. La représentation tridimensionnelle finale est obtenue par superposition de ces représentations tridimensionnelles partielles. We distinguish four partial three-dimensional frequency representations that we will note
Fp, q where the pair (p, q) designates a pair (sensor receiving the direct light wave, a sensor whose two-dimensional representations make it possible to generate Fp, q are output) with p = 0 for the sensor (2239), p = 1 for (2229), q = 0 when it designates the same sensor asp and q = 1 when it designates the opposite sensor. The final three-dimensional representation is obtained by superposition of these partial three-dimensional representations.
La représentation fréquentielle complète obtenue est représentée en coupe sur la Fig.59 Elle est composée : - d'une partie (4111) obtenue par le capteur 0 ou 1 recevant le point d'impact direct du faisceau, et correspondant aux représentations F0,0et F1,0qui occupent la même partie de l'espace des fréquences. The complete frequency representation obtained is represented in section in Fig.59 It is composed of: - a part (4111) obtained by the sensor 0 or 1 receiving the point of direct impact of the beam, and corresponding to the representations F0,0and F1,0 that occupy the same part of the frequency space.
-d'une partie (4113) obtenue par le capteur 1 lorsque le point d'impact direct du faisceau est sur le capteur 0, et correspondant donc à la représentation F0,1. a part (4113) obtained by the sensor 1 when the point of direct impact of the beam is on the sensor 0, and thus corresponding to the representation F0,1.
- d'une partie (4112) obtenue par le capteur 0 lorsque le point d'impact direct du faisceau est sur le capteur 1, et correspondant donc à la représentation F1,1. a part (4112) obtained by the sensor 0 when the point of direct impact of the beam is on the sensor 1, and thus corresponding to the representation F1,1.
Pour obtenir exactement ce volume il faut en principe parcourir toutes les valeurs de fréquence possibles, c'est-à-dire Npix x Npix valeurs sur chaque capteur, moins les valeurs se trouvant hors de la zone limitée par l'ouverture de l'objectif. Néanmoins en utilisant la trajectoire réduite de la Fig. 56 on obtient un volume peu différent de celui dessiné. To obtain exactly this volume it is necessary in principle to cover all the possible frequency values, ie Npix x Npix values on each sensor, minus the values being outside the zone limited by the opening of the objective. . Nevertheless, using the reduced trajectory of FIG. 56 we obtain a volume little different from that drawn.
La trajectoire de la Fig.56 constitue toutefois un simple exemple et divers types de trajectoire pourront être utilisées en pratique. On donne ci-dessous quelques exemples: - Un cercle comme dans le premier mode de réalisation. The trajectory of Fig. 56, however, is a simple example and various types of trajectory can be used in practice. Some examples are given below: A circle as in the first embodiment.
- La trajectoire de la Fig. 56, qui permet l'obtention d'images de meilleure définition. - The trajectory of FIG. 56, which allows to obtain better definition images.
- La trajectoire de la Fig. 56 rendue moins dense. On peut par exemple utiliser un pixel sur deux le long de cette trajectoire. Ceci a pour effet de limiter l'épaisseur des échantillons pouvant être observés dans de bonnes conditions. - The trajectory of FIG. 56 made less dense. For example, one pixel out of two can be used along this path. This has the effect of limiting the thickness of the samples that can be observed under good conditions.
- Une trajectoire complète, c'est-à-dire définie par les tableaux I0[k] et Jo[k] tels que le point de coordonnées (Io[k], Jo[k]) parcoure l'ensemble du disque limité par l'ouverture de l'objectif. Ceci signifie que chaque pixel compris dans le disque limité par le cercle (3902) de la Fig.56 doit être atteint une et une seule fois. Cette trajectoire n'apporte qu'une faible amélioration de la définition par rapport à celle de la Fig. 56 et augmente considérablement le temps d'acquisition. Par contre, les conditions normales d'utilisation de ce microscope nécessitent que le faisceau diffracté reste de faible intensité par rapport au - A complete trajectory, that is to say defined by the tables I0 [k] and Jo [k] such that the point of coordinates (Io [k], Jo [k]) travels the whole of the disk limited by the opening of the lens. This means that each pixel included in the disk bounded by the circle (3902) of Fig. 56 must be reached once and only once. This trajectory brings only a slight improvement in the definition compared to that of FIG. 56 and significantly increases the acquisition time. On the other hand, the normal conditions of use of this microscope require that the diffracted beam remains of low intensity relative to the
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faisceau d'éclairage. L'utilisation d'une trajectoire complète rend le système plus robuste quand on ne respecte pas ces conditions d'utilisation. lighting beam. The use of a complete trajectory makes the system more robust when one does not respect these conditions of use.
7. 17.1.2. Référence de uhase et d'intensité
Afin de pouvoir combiner les représentations fréquentielles bidimensionnelles pour obtenir les représentations fréquentielles tridimensionnelles partielles, il est nécessaire de leur établir une référence commune de phase et d'intensité. 7. 17.1.2. Reference of uhase and intensity
In order to be able to combine the two-dimensional frequency representations to obtain partial three-dimensional frequency representations, it is necessary to establish a common reference of phase and intensity.
- les valeurs complexes des ondes reçues sur le capteur éclairé directement peuvent être rapportées à la valeur de l'onde d'éclairage en son point d'impact direct, comme dans le premier mode de réalisation ou dans le calcul de w p . the complex values of the waves received on the directly illuminated sensor may be related to the value of the illumination wave at its point of direct impact, as in the first embodiment or in the calculation of w p.
- Une méthode plus élaborée est nécessaire pour les ondes reçues sur le capteur opposé. Les éclairages de référence sont utilisés pour établir un rapport caractéristique de la variation de phase sur chaque capteur et ce rapport est pris en compte pour annuler ces variations avant de se rapporter à la valeur de l'onde d'éclairage en son point d'impact direct. Ceci permet de rendre cohérentes entre elles toutes les représentations bidimensionnelles correspondant à un couple p,qdonné, indépendamment des vibrations affectant le système, et donc d'établir pour chaque couple p,q une représentation fréquentielle tridimensionnelle. - A more elaborate method is necessary for the waves received on the opposite sensor. The reference lights are used to establish a characteristic ratio of the phase variation on each sensor and this ratio is taken into account to cancel these variations before referring to the value of the lighting wave at its point of impact. direct. This makes it possible to render coherent all the two-dimensional representations corresponding to a pair p, qdonné, independently of the vibrations affecting the system, and thus to establish for each pair p, q a three-dimensional frequency representation.
Cependant, ceci ne permet pas d'établir la relation de phase entre chacune de ces représentations fréquentielles tridimensionnelles, qu'il est nécessaire de connaître pour les combiner en une représentation fréquentielle unique. La relation de phase entre, par exemple, les représentations fréquentielles tridimensionnelles Fo,o et F0,1, qui correspondent respectivement aux parties (4111) et (4113) de la représentation tridimensionnelle de l'ensemble, peut être établie lorsque ces deux parties ont une zone commune (4114). Il suffit de choisir la différence de phase qui fait coincider au mieux ces deux représentations sur leur zone commune. Pour qu'il y ait une zone commune il est nécessaire que l'ouverture de l'objectif soit suffisante. La condition d'existence de cette zone commune est: no < 2/#3 ouv ou ouv est #3 l'ouverture de l'objectif. Par exemple pour une ouverture de 1. 25 on obtient un indice maximal de l'échantillon de n0 =1,44. However, this does not make it possible to establish the phase relation between each of these three-dimensional frequency representations, which it is necessary to know to combine them into a single frequency representation. The phase relation between, for example, the three-dimensional frequency representations Fo, o and F0, which respectively correspond to the parts (4111) and (4113) of the three-dimensional representation of the set, can be established when these two parts have a common area (4114). It suffices to choose the phase difference that makes these two representations coincide on their common area. For there to be a common zone it is necessary that the opening of the objective is sufficient. The condition of existence of this common area is: no <2 / # 3 open or open is # 3 the opening of the objective. For example, for an aperture of 1.25, a maximum index of the sample of n0 = 1.44 is obtained.
7. 17.1.2. Décalage de phase entre deux tableaux bruités. 7. 17.1.2. Phase shift between two noisy tables.
On considère deux tableaux à une dimensionA[i] et B[i] ou i varie de 0 à N-1. Les éléments de A (resp.B) sont affectés chacun par un bruit gaussien indépendant dont l'écart-type est contenu dans un tableau GA[i] (resp. GB[i]). Ces tableaux ,4 et B étant supposés égaux à un rapport constant de phase et d'intensité près et au bruit près, on cherche à déterminer ce rapport de phase et d'intensité, que l'on notera
B [i]
x, et qui vaudrait en l'abscence de bruit x(sansbrUlt) - ## . A#i# Consider two two-dimensional arraysA [i] and B [i] where i varies from 0 to N-1. The elements of A (resp.B) are each affected by an independent Gaussian noise whose standard deviation is contained in an array GA [i] (or GB [i]). These tables, 4 and B being assumed equal to a constant ratio of phase and intensity and close to the noise, we seek to determine this ratio of phase and intensity, which we will note
B [i]
x, and which would be worth in the absence of noise x (sansbrUlt) - ##. Have#
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La valeur recherchée pour x est celle qui maximise la quantité (px#A, B), représentant la probabilité d'une valeur de x connaissant les tableaux A et B. Maximiser cette quantité revient à maximiser p(B#A, x) . Pour une valeur donnée de x, la loi donnant B[i] à partir de A [il est la composée de deux lois gaussiennes d'écart-types respectifs #x# GA[i] et GB[i]. C'est donc une loi gaussienne d'écart-type
Dans les cas qui nous intéresseront par la suite #x# est toujours proche de 1. On a donc:
Maximiser cette quantité revient à minimiser la quantité:
The value sought for x is that which maximizes the quantity (px # A, B), representing the probability of a value of x knowing the arrays A and B. Maximizing this quantity amounts to maximizing p (B # A, x). For a given value of x, the law giving B [i] from A [it is composed of two Gaussian laws of respective standard deviations # x # GA [i] and GB [i]. So it's a Gaussian standard deviation law
In the cases that will interest us afterwards # x # is always close to 1. We have:
Maximizing this amount amounts to minimizing the amount:
qui vaut, après division par fa,oteur Ai indépendant qui vaut, après division par le facteur 1:[1 ]12 indépendant de x: (GA[il)2 +(GB[i])2
On vérifie que cette quantité est égale à:
La solution minimisant cette quantité est donc:
which is, after division by means of F, independent factor Ai which, after division by the factor 1, is equal to: [1] 12 independent of x: (GA [il] 2 + (GB [i]) 2
We check that this quantity is equal to:
The solution minimizing this quantity is therefore:
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On fera fréquemment usage de ce résultat par la suite, généralisé à 2 ou 3 dimensions, pur déterminer l'écart de phase entre deux représentations fréquentielles se recoupant partiellement. This result will be frequently used later, generalized to 2 or 3 dimensions, to determine the phase difference between two partially overlapping frequency representations.
* 7. 17.1.3. Combinaison d'une série d'éléments bruités. * 7. 17.1.3. Combination of a series of noisy elements.
On considère un tableaux à une dimension A[i] ou i varie de 0 à N-1. Les éléments de A sont affectés chacun par un bruit gaussien indépendant dont l'écart-type est contenu dans un tableau GA[i]. En l'abscence de bruit les éléments de A sont tous égaux à une valeur x que l'on veut déterminer. x est la
grandeur qui maximise PxI A . Maximiser cette quantité revient à maximiser 64|x) Or on a:
Maximiser cette quantité revient à minimiser la quantité suivante:
Qui vaut. après division par la quantité # 1 indépendante de x: i (GA[i])2
On vérifie que cette quantité est égale à:
La solution x qui la minimise est donc:
Le bruit sur x est alors donné par l'addition en valeur quadratique des bruits sur chaque A[i]:
One-dimensional arrays A [i] where i varies from 0 to N-1 are considered. The elements of A are each assigned by an independent Gaussian noise whose standard deviation is contained in an array GA [i]. In the absence of noise the elements of A are all equal to a value x that we want to determine. x is the
magnitude that maximizes PxI A. Maximizing this amount amounts to maximizing 64 | x) Or we have:
Maximizing this amount amounts to minimizing the following quantity:
Which is worth. after division by the quantity # 1 independent of x: i (GA [i]) 2
We check that this quantity is equal to:
The solution x which minimizes it is therefore:
The noise on x is then given by the quadratic addition of the noise on each A [i]:
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On vérifie que ceci équivaut à: 1/@2 =1
cri = i (GA[i])2 On fera également usage de ce résultat, pour déterminer une représentation fréquentielle à partir de plusieurs représentations partielles se recoupant en certains points. We check that this equates to: 1 / @ 2 = 1
cry = i (GA [i]) 2 This result will also be used to determine a frequency representation from several partial representations intersecting at certain points.
7. 17.2 algorithme. 7. 17.2 algorithm.
Une série d'images est d'abord acquise comme indiqué en 7. 12., le point d'impact direct du faisceau d'éclairage parcourant sur chaque capteur une trajectoire définie comme indiqué en 7.17.1.1. Pour simplifier l'exposé, on sépare içi la phase d'acquisition et la phase de calcul. Cependant, les représentations fréquentielles tridimensionnelles Fp,q peuvent également être générées au fur et à mesure de l'acquisition. A series of images is first acquired as indicated in 7. 12., the point of direct impact of the light beam traversing on each sensor a trajectory defined as indicated in 7.17.1.1. To simplify the presentation, we separate here the acquisition phase and the calculation phase. However, the three-dimensional frequency representations Fp, q can also be generated as the acquisition progresses.
Par exemple, si une trajectoire complète est utilisée, la séparation des phases d'acquisition et de calcul nécessite une mémoire très importante et il est donc préférable d'effectuer le calcul au fur et à mesure de l'acquisition. For example, if a complete trajectory is used, the separation of the acquisition and calculation phases requires a very important memory and it is therefore preferable to perform the calculation as the acquisition progresses.
La phase d'acquisition génère les tableaux suivants: Mk,p,q [i,j], correspondant à la prise de vue principale Bk,p,q[i,j] indicateur de bruit Hk,p,q [i,j] prise de vue de référence pour la k-ième acquisition,
BHk, p,q [i, j] indicateur de bruit de l'image de référence k indiciant la prise de vue, p le capteur éclairé par le faisceau direct, q indiquant : q=0: capteur éclairé par le faisceau direct q=1: capteur opposé. The acquisition phase generates the following tables: Mk, p, q [i, j], corresponding to the principal shooting Bk, p, q [i, j] noise indicator Hk, p, q [i, j ] reference shooting for the k-th acquisition,
BHk, p, q [i, j] noise indicator of the reference image k indicating the shooting, p the sensor illuminated by the direct beam, q indicating: q = 0: sensor illuminated by the direct beam q = 1: opposite sensor.
La série d'indices de commande utilisée étant définie par les tableaux Ic et Jc, le programme génère aussi la série des coordonnées des points d'impact direct et inversé des faisceaux d'éclairage.
imaxk, p,q = /a7, <?, /c[, /?], Vc), ]] .lmkP,9 = [, , 7c, p], .7c[, ]j
A partir de cet ensemble de données un programme génère une représentation tridimensionnelle spatiale de l'objet étudié. Ce programme comporte les étapes suivantes: Etape 1. Cette étape consiste à calculer le rapport caractéristique du décalage de phase et d'amplitude dû aux vibrations et aux fluctuations d'intensité du laser, entre une prise de vue de référence d'indice k=0 et la prise de vue de référence courante d'indice k. Ce décalage est caractérisé par les variations de la fonction
Hk,p,q[i,j] qui en l'abscence de vibrations devrait être constante. Pour tous les triplets (k,p,q) le programme calcule donc le rapport: The series of control indices used being defined by the tables Ic and Jc, the program also generates the series of coordinates of the points of direct and inverted impact of the light beams.
imaxk, p, q = / a7, <?, / c [, /?], Vc),]] .lmkP, 9 = [,, 7c, p], .7c [,] j
From this set of data a program generates a spatial three-dimensional representation of the object under study. This program consists of the following steps: Step 1. This step consists in calculating the characteristic ratio of phase shift and amplitude due to vibrations and intensity fluctuations of the laser, between an index reference shot k = 0 and the current reference shot of index k. This shift is characterized by variations in the function
Hk, p, q [i, j] which in the absence of vibrations should be constant. For all triplets (k, p, q) the program therefore calculates the ratio:
<Desc/Clms Page number 142> <Desc / Clms Page number 142>
Etape 2 : cette étape consiste à effectuer l'opération consistant à: - normaliser chaque représentation bidimensionnelle pour compenser les variations de décalages de phase et d'amplitude dûs aux vibrations, caractérisés par la quantité Rk,p,q - compenser l'aberration sphérique et le mauvais positionnement relatif des objectifs, caractérisés par Dp#+#q [i,j] - se ramener à la valeur de l'onde d'éclairage en son point d'impact direct.
Step 2: this step consists in performing the operation of: - normalizing each two-dimensional representation to compensate for the variations of phase and amplitude shifts due to the vibrations, characterized by the quantity Rk, p, q - to compensate for spherical aberration and the relative poor positioning of the objectives, characterized by Dp # + # q [i, j] - to be reduced to the value of the illumination wave at its point of direct impact.
Le programme parcourt donc les indices k,p,q,i,j en effectuant:
The program thus traverses the indices k, p, q, i, j by performing:
L'utilisation du tableau Dp, qui est le résultat des étapes 7.11, 7. 15. et 7.16., permet d'améliorer nettement les résultats lorsque l'indice moyen de l'objet diffère de l'indice nominal des objectifs. Toutefois, il est également possible de ne pas effectuer les étapes 7.11, 7.15. et 7.16.. Le réglage de position des objectifs décrit en 7.10 doit alors être effectué de manière à obtenir une image spatiale centrée et ponctuelle. The use of the Table Dp, which is the result of steps 7.11, 7. 15. and 7.16., Makes it possible to significantly improve the results when the average index of the object differs from the nominal index of the objectives. However, it is also possible not to perform steps 7.11, 7.15. and 7.16. The target position setting described in 7.10 must then be performed to obtain a centered and point spatial image.
Le tableau D doit alors être mis à 1. Table D must then be set to 1.
L'utilisation des valeurs Rk,p,q permet de compenser d'éventuelles vibrations de la table optique. The use of the values Rk, p, q makes it possible to compensate for any vibrations of the optical table.
Toutefois, si la table optique est parfaitement stable, cette compensation n'est pas nécessaire. Les valeurs Rk,p,q doivent alors être mises à 1. However, if the optical table is perfectly stable, this compensation is not necessary. The values Rk, p, q must then be set to 1.
Etape 3 : Cette étape consiste à calculer pour chaque couple (p,q) une représentation fréquentielle tridimensionnelle Fp,q, assortie d'un tableau IBp,qde réels, contenant l'inverse du carré de l'écart-type du
bruit gaussien affectant chaque élément du tableau F p@q . Ces tableaux sont de dimensions 2 N pix x2N pix x 2 Npix.Chaque point d'une représentation fréquentielle bidimensionnelle correspond à un point de la représentation fréquentielle tridimensionnelle Fp,q, dont les coordonnées doivent être déterminées. Step 3: This step consists of calculating for each pair (p, q) a three-dimensional frequency representation Fp, q, accompanied by a table IBp, qde real, containing the inverse of the square of the standard deviation of
Gaussian noise affecting each element of the array F p @ q. These arrays are of 2 N pix x 2 N pix x 2 Npix dimensions. Each point of a two-dimensional frequency representation corresponds to a point of the three-dimensional frequency representation F p, q, whose coordinates must be determined.
Lorsqu'un point est obtenu plusieurs fois, la valeur la plus probable est déterminée. When a point is obtained more than once, the most probable value is determined.
Le programme initialise les tableaux Fp,q, IBp,q à zéro puis parcourt l'ensemble des indices p,q,k,i,j en effectuant pour chaque quintuplet (p,q,k,i,j) les opérations suivantes, numérotées de 1 à 3: opération 1: calcul des indices de la représentation fréquentielle tridimensionnelle. Le programme effectue: The program initializes the arrays Fp, q, IBp, q to zero then traverses the set of indices p, q, k, i, j by carrying out for each quintuplet (p, q, k, i, j) the following operations, numbered from 1 to 3: operation 1: calculation of the indices of the three-dimensional frequency representation. The program performs:
<Desc/Clms Page number 143> <Desc / Clms Page number 143>
Une distance d'un pixel, mesurée sur le capteur p, correspond à un écart de fréquence réel proportionnel à 1/Kp.Les pixels ne représentent donc pas les mêmes écarts de fréquence sur les deux
Kp capteurs. On se ramène à une unité commune et proportionnelle aux écarts de fréquence en multipliant les distances obtenues sur le capteur p par le coefficient ap =K0+K1/2Kp.
2Kp
La valeur de K devient alors commune aux deux capteurs et vaut Ka +K1/2. Elle doit être corrigée pour tenir compte de l'indice de l'échantillon et on obtient donc Km = n0 K0 + K1/@. nv 2 opération 2: modification des indices de la représentation fréquentielle tridimensionnelle dans le cas q=1.
A distance of one pixel, measured on the sensor p, corresponds to a real frequency deviation proportional to 1 / Kp. The pixels therefore do not represent the same frequency differences on the two
Kp sensors. It is reduced to a common unit and proportional to the frequency deviations by multiplying the distances obtained on the sensor p by the coefficient ap = K0 + K1 / 2Kp.
2KP
The value of K then becomes common to both sensors and is Ka + K1 / 2. It must be corrected to take into account the index of the sample and we thus obtain Km = n0 K0 + K1 / @. nv 2 operation 2: modification of the indices of the three-dimensional frequency representation in the case q = 1.
Si =1, la fréquence correspondant aux coordonnées </M # , jmaxkpq n'est pas la fréquence nulle. En effet on a en ce point, en reprenant les notations utilisées en 5.3. : f ~ - fe et donc /t = /e " /e = -2 fe . La fréquence obtenue par la méthode précédente doit donc être translatée d'un vecteur -2fe ce qui se traduit par les opérations supplémentaires suivantes, effectuées seulement dans le cas q= 1: ni+ = 2apimaxk,p,1 ni+ = 2ap jmaxk,p,1
Le calcul des indices ni,nj,nk menant à des valeurs non entières, on leur affecte l'entier le plus proche de la valeur calculée. opération 3 : modification des éléments de tableaux. If = 1, the frequency corresponding to the coordinates </ M #, jmaxkpq is not the zero frequency. Indeed one has at this point, by taking again the notations used in 5.3. : f ~ - fe and therefore / t = / e "/ e = -2 fe The frequency obtained by the preceding method must be translated from a vector -2fe which results in the following additional operations, performed only in the case q = 1: ni + = 2apimaxk, p, 1 ni + = 2ap jmaxk, p, 1
The computation of the indices ni, nj, nk leading to non-integer values, we assign them the integer closest to the computed value. operation 3: Modify table elements.
Les indices modifiés ayant été générés, le programme modifie les éléments de tableaux:
The modified indices having been generated, the program modifies the elements of tables:
<Desc/Clms Page number 144><Desc / Clms Page number 144>
Etape 4: Il reste une opération à effectuer pour obtenir la valeur la plus probable sur chaque fréquence. Le
programme parcourt donc les indices p,q,ni,nj,nk en effectuant, à chaque fois que IBp,q [m, nj, nk] 1= 0 . l'opération :
Etape 5: Les repères dans lesquels ont été évalués les indices i,j et donc ni,nj,nk sont inversés entre les deux capteurs. Il est donc nécessaire d'effectuer un changement de repère des représentations correspondant au capteur indicé 1 pour les exprimer dans le même repère que les représentations correspondant au capteur
indicé 0. Le programme effectue donc le changement de variables ni z 2 N p, - ni , nj 2 N p, - nj , nk -> 2Npix - nk dans les tableaux correspondant au capteur indicé 1 afin d'exprimer l'ensemble des fréquences dans le même repère. Les tableaux correspondant à une représentation fréquentielle issue du capteur 1 ont un indice p égal à 1 ou 0 et un indice q égal à #. Step 4: It remains an operation to carry out to obtain the most probable value on each frequency. The
The program thus traverses the indices p, q, ni, nj, nk by performing, each time that IBp, q [m, nj, nk] 1 = 0. the operation:
Step 5: The marks in which the indices i, j and therefore ni, nj, nk have been evaluated are inverted between the two sensors. It is therefore necessary to make a reference change of the representations corresponding to the sensor indexed 1 to express them in the same frame as the representations corresponding to the sensor
indexed 0. The program thus performs the change of variables ni z 2 N p, - n, nj 2 N p, - nj, nk -> 2Npix - nk in the tables corresponding to the sensor indexed 1 in order to express all the frequencies in the same frame. The tables corresponding to a frequency representation from the sensor 1 have an index p equal to 1 or 0 and an index q equal to #.
Pour effectuer ces changements de variable le programme parcourt l'ensemble des indices p,m,nj,nk en effectuant:
Etape 6: Le programme calcule le rapport caractéristique du décalage de phase et d'amplitude entre l'onde reçue sur le capteur éclairé directement et celle reçue sur le capteur non éclairé. Il parcourt donc les indices p=0, p=1en effectuant :
Dans cette expression les sommes sont restreintes à un ensemble E constitué des triplets
(ni, nj, nk) vérifiant 76 [ni, nj, nk]IBP,l [ni, nj, nk] # 0 Etape 7 : Le programme modifie les représentations tridimensionnelles obtenues à partir de capteurs non éclairés directement. Il parcourt les indices p, ni,nj,nk en effectuant:
Fp,l [ni, nj, nkl = Fp.I [ni, nl, nkl. Rb To make these changes of variable the program traverses the set of indices p, m, nj, nk by carrying out:
Step 6: The program calculates the characteristic ratio of phase shift and amplitude between the wave received on the illuminated sensor directly and that received on the unlit sensor. It thus traverses the indices p = 0, p = 1 by performing:
In this expression the sums are restricted to a set E consisting of triplets
(ni, nj, nk) satisfying 76 [ni, nj, nk] IBP, l [ni, nj, nk] # 0 Step 7: The program modifies the three-dimensional representations obtained from non-illuminated sensors directly. It goes through the indices p, ni, nj, nk by performing:
Fp, l [nl, nj, nkl = Fp.I [nl, nl, nkl. Rb
<Desc/Clms Page number 145><Desc / Clms Page number 145>
Etape 8: Le programme calcule la représentation fréquentielle finale, contenue dans un tableau F de dimensions 2Npix x Npix x 2 Npix - Il initialise à 0 ce tableau puis parcourt les indices ni, nj, nk en testant la condition:
LIBp,q[ni,nj,nk] *0 p, q Lorsque la condition est réalisée il effectue:
Etape 9 : Le programme effectue une transformation de Fourier tridimensionnelle inverse de la représentation fréquentielle ainsi obtenue pour obtenir une représentation spatiale. Step 8: The program calculates the final frequency representation, contained in an array F of dimensions 2Npix x Npix x 2 Npix - It initializes to 0 this array then traverses the indices ni, nj, nk by testing the condition:
LIBp, q [ni, nj, nk] * 0 p, q When the condition is realized it performs:
Step 9: The program performs a three-dimensional Fourier transformation inverse of the frequency representation thus obtained to obtain a spatial representation.
Etape 10: Comme dans le premier mode de réalisation, le programme peut alors visualiser la représentation ainsi obtenue sous forme de coupes ou de projections éventuellement stéréoscopiques. Step 10: As in the first embodiment, the program can then view the representation thus obtained in the form of sections or possibly stereoscopic projections.
7. 17.3. Focalisation
L'algorithme décrit en 7.17.2. permet l'obtention de représentations tridimensionnelles de l'échantillon. Le réglage de focalisation consiste à régler la position de l'objet de manière à ce que ces représentations soient celles d'une zone d'intérêt de l'échantillon. Ceci peut être réalisé par l'opérateur qui déplace l'échantillon tout en observant par exemple une projection plane ou une coupe de cette représentation tridimensionnelle, et déplace l'objet pour obtenir une image de la zone d'intérêt. Si un déplacement de l'échantillon dans la direction de l'axe optique est effectué, celui-ci modifie les valeurs de wp, et la procédure décrite en 7.15.2. doit être réitérée pour obtenir une valeur correcte de wp. 7. 17.3. focus
The algorithm described in 7.17.2. allows obtaining three-dimensional representations of the sample. The focus adjustment is to adjust the position of the object such that these representations are those of an area of interest of the sample. This can be done by the operator who moves the sample while observing for example a plane projection or a section of this three-dimensional representation, and moves the object to obtain an image of the area of interest. If a displacement of the sample in the direction of the optical axis is made, this one modifies the values of wp, and the procedure described in 7.15.2. must be reiterated to obtain a correct value of wp.
7. 18. Variantes. 7. 18. Variants.
Les algorithmes utilisés dans le présent mode de réalisation admettent de nombreuses variantes dont certaines sont exposées ci-après. The algorithms used in the present embodiment admit numerous variants, some of which are explained below.
7. 18.1. Utilisation des valeurs préenre2istrées du faisceau d'éclairage direct
Cette variante consiste à modifier l'étape 2 de l'algorithme décrit en 7.17.2. de manière à utiliser les valeurs préenregistrées de l'éclairage direct. On a en effet, à un facteur de phase près qui est constant sur
l'ensemble des valeurs de k,p, imaxk,p,o, jmaxx,p,o
Cette valeur peut être introduite dans la formule utilisée à l'étape 2, qui est donc remplaçée par :
7. 18.1. Using the preset values of the direct light beam
This variant consists of modifying step 2 of the algorithm described in 7.17.2. to use the pre-recorded values of direct lighting. We have indeed, at a phase factor close that is constant on
the set of values of k, p, imaxk, p, o, jmaxx, p, o
This value can be entered in the formula used in step 2, which is replaced by:
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7. 18.2. Utilisation des valeurs précalculées du faisceau d'éclairage direct
Rb[p, 14k, p], Jc[k, p]] est en principe égal à la fonction obtenue en 7.7. :
cette fonction étant toutefois filtrée par le diaphragme. Il est donc possible de remplacer
Rb\p, Ick, p\ Jc[k, /?]] par RBp\imaxkp0,jmaxkp()] ou la fonction RBp[i,j] est obtenue de la manière suivante (cette méthode d'obtention est similaire à celle utilisée pour Dp[i,j] en 7. 16.) Etape 1: génération des tableaux RBp de dimensions Ne x Ne avec par exemple Ne =4096:
Etape 2: transformation de Fourier inverse des tableaux RB Etape 3 : extraction de la partie centrale du tableau, de dimensions Npix x Npix avec simulation du diaphragme. Le programme effectue:
pour tous les couples (i,j) tels que
ou ouv est l'ouverture des objectifs. 7. 18.2. Using pre-calculated values of the direct light beam
Rb [p, 14k, p], Jc [k, p]] is in principle equal to the function obtained in 7.7. :
however, this function is filtered by the diaphragm. It is therefore possible to replace
Rb \ p, Ick, p \ Jc [k, /?]] By RBp \ imaxkp0, jmaxkp ()] or the function RBp [i, j] is obtained in the following manner (this method of obtaining is similar to that used for Dp [i, j] in 7. 16.) Step 1: Generation of RBp arrays of dimensions Ne x Ne with for example Ne = 4096:
Step 2: inverse Fourier transformation of the RB arrays Step 3: extraction of the central part of the array, of Npix x Npix dimensions with diaphragm simulation. The program performs:
for all couples (i, j) such as
where open is the opening of the objectives.
Etape 4: transformation de Fourier du tableau RBp . Step 4: Fourier transformation of the RBp array.
On obtient alors sous la forme du tableau RBp la fonction équivalente au tableau Rb L'étape 2 de l'algorithme décrit en 7. 17.2. est alors remplacée par:
Ce remplacement est équivalent à un lissage de la fonction définie par le tableau Rb et peut dans certains cas améliorer les résultats, en particulier si l'onde diffractée est forte, sortant des conditions d'utilisation normales de ce microscope. Dans ce cas on combinera cette formule avec l'utilisation d'une trajectoire complète comme définie en 7.17.1.1. The function equivalent to the Rb array is then obtained in the form of the array RBp. Step 2 of the algorithm described in 7. 17.2. is then replaced by:
This replacement is equivalent to a smoothing of the function defined by Table Rb and may in some cases improve the results, especially if the diffracted wave is strong, coming out of the normal conditions of use of this microscope. In this case we will combine this formula with the use of a complete trajectory as defined in 7.17.1.1.
<Desc/Clms Page number 147> <Desc / Clms Page number 147>
7. 18.3. Obtention de représentations confocales
Un microscope confocal permet l'obtention de représentations spatiales tridimensionnelles, que l'on appellera représentations confocales. Le présent microscope permet l'obtention d'une représentation confocale strictement équivalente à celle qui seraient obtenue à l'aide d'un microscope confocal. 7. 18.3. Obtaining confocal representations
A confocal microscope makes it possible to obtain three-dimensional spatial representations, which will be called confocal representations. The present microscope makes it possible to obtain a confocal representation strictly equivalent to that which would be obtained using a confocal microscope.
En effet, l'onde d'éclairage utilisée par un microscope confocal est la somme des ondes planes utilisées dans le cas ou on utilise pour l'acquisition une trajectoire complète, chaque onde plane devant se voir affecter une phase dépendant du point éclairé. L'onde équivalente à l'onde reçue par un microscope confocal de même ouverture que le présent microscope, lorsque le point central est éclairé, peut donc être générée en sommant les représentations bidimensionnelles d'ondes diffractées obtenues pour l'ensemble des ondes d'éclairage formant une trajectoire complète. In fact, the illumination wave used by a confocal microscope is the sum of the plane waves used in the case where a complete trajectory is used for the acquisition, each plane wave having to be assigned a phase depending on the illuminated point. The wave equivalent to the wave received by a confocal microscope of the same aperture as the present microscope, when the central point is illuminated, can therefore be generated by summing the two-dimensional representations of diffracted waves obtained for all the waves. lighting forming a complete trajectory.
On peut montrer que la représentation confocale de l'objet est la transformée de Fourier inverse d'une représentation fréquentielle tridimensionnelle obtenue en sommant les représentations fréquentielles bidimensionnelles partielles obtenues à partir de chaque onde d'éclairage, l'ensemble des ondes d'éclairage parcourant une trajectoire complète. It can be shown that the confocal representation of the object is the inverse Fourier transform of a three-dimensional frequency representation obtained by summing the two-dimensional partial frequency representations obtained from each light wave, the whole of the light waves traversing a complete trajectory.
En outre, un microscope confocal n'acquiert des images que sur un seul objectif et n'éclaire l'échantillon que par un seul coté. De plus il génère une valeur qui est l'intensité de l'onde ayant traversé l'objet et non sa valeur complexe. La représentation confocale en intensité s'obtient donc à partir des ondes reçues par un seul objectif, et en extrayant le carré du module de la représentation confocale précédemment obtenue. Enfin, le microscope confocal ne corrige pas l'aberration sphérique dûe à l'indice de l'objet. In addition, a confocal microscope acquires images on only one lens and illuminates the sample only on one side. In addition, it generates a value that is the intensity of the wave that passed through the object and not its complex value. The confocal representation in intensity is thus obtained from the waves received by a single objective, and by extracting the square of the module from the previously obtained confocal representation. Finally, the confocal microscope does not correct the spherical aberration due to the index of the object.
Une représentation confocale peut donc être obtenue par le présent microscope, en utilisant pour l'acquisition une trajectoire complète comme définie en 7.17.1.1. et en modifiant la procédure décrite au paragraphe 17. 2. de la manière suivante: (1) L'étape 2 est modifiée de la manière suivante:
ou les tableaux Dppeuvent être mis à 1 si on ne souhaite pas corriger l'aberration sphérique et ou RBp est défini comme en 7.17.3.2.
(2)- l'opération 3 de l'étape 3 est remplacée par Fa,, ni, nj, nk+ = Mk, p,9 [/, /] (3)- les étapes 4,5,6,7 ne sont pas effectuées.
(4)- l'étape 8 est remplaçée par F[ni,nj,nk] = Fpo,qo ni, nj, nk ou le choix des indices (po, qo) dépend du type de représentation confocale que l'on cherche à générer. A confocal representation can thus be obtained by the present microscope, using for the acquisition a complete trajectory as defined in 7.17.1.1. and by modifying the procedure described in paragraph 17. 2. as follows: (1) Step 2 is modified as follows:
or the arrays D can be set to 1 if it is not desired to correct the spherical aberration and where RBp is defined as in 7.17.3.2.
(2) - operation 3 of step 3 is replaced by Fa ,, ni, nj, nk + = Mk, p, 9 [/, /] (3) - steps 4,5,6,7 are not not done.
(4) - step 8 is replaced by F [ni, nj, nk] = Fpo, qo ni, nj, nk or the choice of indices (po, qo) depends on the type of confocal representation that one seeks to generate.
- si (po,qo) = (0,0) ou (po,qo) = (1,0) on génère une représentation correspondant à celle qui serait obtenue par un microscope confocal par réflexion.
if (po, qo) = (0,0) or (po, qo) = (1,0), a representation corresponding to that which would be obtained by a reflection confocal microscope is generated.
- si (polo) = (0,1) ou (polo) = (1,1) on génère une représentation correspondant à celle qui serait obtenue par un microscope confocal par transmission. - if (polo) = (0,1) or (polo) = (1,1) one generates a representation corresponding to that which would be obtained by a confocal microscope by transmission.
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(5)- le carré du module de la représentation spatiale obtenue à l'issue de l'étape 9 correspond alors à la représentation confocale en intensité. (5) - the square of the spatial representation module obtained at the end of step 9 then corresponds to the confocal representation in intensity.
Le fait de remplacer le calcul de la valeur la plus probable de la représentation fréquentielle en chaque point a pour conséquences une surévaluation des basses fréquences par rapport aux hautes fréquences, ce qui équivaut à un filtrage des fréquences élevées et donc à une perte de définition. Replacing the calculation of the most probable value of the frequency representation at each point has the consequence of an overvaluation of the low frequencies with respect to the high frequencies, which is equivalent to a filtering of the high frequencies and thus to a loss of definition.
Il est également possible d'obtenir une représentation confocale à partir de la représentation fréquentielle tridimensionnelle obtenue conformément au paragraphe 17 non modifié : effet, la représentation tridimensionnelle de l'objet constitue l'information la plus complète possible qui puisse être obtenue avec des objectifs d'ouverture donnée et peut être utilisée pour simuler tout type d'image qui pourrait être générée à partir de tout type de microscope utilisant le même objectif et la même longueur d'onde. It is also possible to obtain a confocal representation from the three-dimensional frequency representation obtained in accordance with the unmodified paragraph 17: indeed, the three-dimensional representation of the object constitutes the most complete information possible that can be obtained with objectives of given aperture and can be used to simulate any type of image that could be generated from any type of microscope using the same lens and wavelength.
Cependant, l'utilisation d'une trajectoire complète rend le système plus robuste, conformément à ce qui a été dit en 7.17.1.1. Si une représentation confocale est obtenue en utilisant une trajectoire comme celle de la Fig.56, elle sera perturbée dans le cas ou une partie importante de l'onde d'éclairage est diffractée, et ce de manière plus importante que la représentation confocale obtenue à l'aide d'un microscope confocal ou par utilisation d'une trajectoire complète. Elle ne peut donc pas être considérée comme rigoureusement équivalente à celle générée par un microscope confocal. However, using a complete path makes the system more robust, as described in 7.17.1.1. If a confocal representation is obtained using a trajectory like that of Fig. 56, it will be disturbed in the case where a large part of the illumination wave is diffracted, and more importantly than the confocal representation obtained at using a confocal microscope or using a full trajectory. It can not be considered as strictly equivalent to that generated by a confocal microscope.
7. 18.4. Réalisation d'images tridimensionnelles avec contrôle de l'onde de référence. 7. 18.4. Realization of three-dimensional images with control of the reference wave.
Dans les méthodes décrites précédemment, le dispositif de décalage de phase (2205) est commandé pour générer des déphasages #d de l'onde d'éclairage dépendants de l'indice d conformément au tableau indiqué en 7.12.2.1. In the methods described above, the phase shifter (2205) is controlled to generate phase shifts #d of the illumination wave dependent on the index d according to the table indicated in 7.12.2.1.
Pour réaliser la présente variante, ce dispositif de décalage de phase discret doit être remplacé par un dispositif permettant un décalage de phase continu. Un tel dispositif peut être un dispositif à cristaux liquides placé entre deux polariseurs, commercialisé par exemple par la société Newport. Moyennant une modification de la trajectoire du faisceau, ce dispositif peut également être un miroir piézoélectrique comme dans le premier mode de réalisation. To achieve the present variant, this discrete phase shifting device must be replaced by a device allowing a continuous phase shift. Such a device may be a liquid crystal device placed between two polarizers, marketed for example by the company Newport. By means of a modification of the trajectory of the beam, this device can also be a piezoelectric mirror as in the first embodiment.
La présente variante consiste, lors de l'acquisition d'image prévue en 7.17.2. et effectuée comme indiqué en 7.12.2.1., à commander le dispositif de décalage de phase de manière à remplacer le décalage de
phase par décalage phase Arg Ra 7c, 1, Jc[, p]]Rb\p, Idk, 1, Jc[k, ] phase Od par un décalage de phase 0 -Od - -Arg(Ra[p,IC[k,P], Jc[k, R p]]Rb[p, lc[k,p], Jc[k, P]]) ou Arg Rk,p,0 désigne l'argument d'un nombre complexe. Ceci permet d'annuler la phase de l'onde d'éclairage en son point d'impact direct et rend non nécessaire la compensation de cette phase. Pendant la phase de calcul décrite en 7. 17.2., dans l'étape 2, la formule utilisée peut alors être remplacée par:
The present variant consists, during the image acquisition provided for in 7.17.2. and performed as in 7.12.2.1., controlling the phase shift device to replace the offset of
phase shift phase Arg Ra 7c, 1, Jc [, p]] Rb \ p, Idk, 1, Jc [k,] phase Od by a phase shift 0 -Od - -Arg (Ra [p, IC [k , P], Jc [k, Rp]] Rb [p, lc [k, p], Jc [k, P]]) or Arg Rk, p, 0 denotes the argument of a complex number. This makes it possible to cancel the phase of the illumination wave at its point of direct impact and makes the compensation of this phase unnecessary. During the calculation phase described in 7. 17.2., In step 2, the formula used can then be replaced by:
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Ce mode revient à contrôler le déphasage des faisceaux d'éclairage par le dispositif de décalage de phase au lieu de le compenser par calcul après l'acquisition. This mode amounts to controlling the phase shift of the light beams by the phase shift device instead of compensating for it by calculation after the acquisition.
7. 18.5. Obtention de représentations fréquentielles sans calcul de l'onde reçue sur la surface de réception. 7. 18.5. Obtaining frequency representations without calculating the received wave on the receiving surface.
Si la table optique est de qualité suffisante pour supprimer les vibrations, la formule utilisée en 7.18.4. devient :
If the optical table is of sufficient quality to suppress the vibrations, the formula used in 7.18.4. becomes:
Pour simplifier les explications, on peut supposer que l'atténuateur de faisceau et les rotateurs de polarisation ne sont pas utilisés. On vérifie alors que chaque représentation fréquentielle Fp,q obtenue dans la procédure décrite en 7.17. peut s'exprimer sous la forme:
To simplify the explanation, it can be assumed that the beam attenuator and the polarization rotators are not used. It is then verified that each frequency representation Fp, q obtained in the procedure described in 7.17. can express itself in the form:
ou Fp.q,d [ni, nJ, nk] est obtenu comme Fp,q dans la procédure 7.17. non modifiée, mais en remplaçant Mk, p,9 [i, j] par la valeur réelle MO[k, pu[0, d,0,0[q, /, y] obtenue dans la procédure décrite en 7.12. pour une valeur correspondante de l'indice d indiçant le décalage de phase. Il est donc possible de calculer pour chaque indice d une représentation fréquentielle séparée Fp,q,d , ces représentations étant ensuite superposées pour obtenir la représentation fréquentielle Fp,q, au lieu d'effectuer directement dans la procédure 7.12. la superposition des valeurs correspondant à chaque indice d.
or Fp.q, d [ni, nJ, nk] is obtained as Fp, q in procedure 7.17. unmodified, but replacing Mk, p, 9 [i, j] by the actual value MO [k, pu [0, d, 0,0 [q, /, y] obtained in the procedure described in 7.12. for a corresponding value of the index indicating the phase shift. It is therefore possible to calculate for each index of a separate frequency representation Fp, q, d, these representations being then superimposed to obtain the frequency representation Fp, q, instead of directly in the procedure 7.12. the superposition of the values corresponding to each index d.
Il est également possible d'effectuer la superposition des tableaux correspondant à chaque indice d après passage dans le domaine spatial par transformation de Fourier inverse. It is also possible to superimpose the tables corresponding to each index after passing through the spatial domain by inverse Fourier transformation.
Enfin, il est possible de ne pas utiliser les mêmes points d'impact de l'onde d'éclairage en fonction du décalage de phase appliqué. Dans ce cas, à chaque décalage de phase correspond une trajectoire distincte
et les tableaux Io[k],Jo[k] doivent être remplacés par des tableaux 10 [k,d],Jo[k,d]. On peut alors calculer comme précédement des tableaux Fp,q,d séparés avant de les superposer pour obtenir les tableaux Fp,q. Finally, it is possible not to use the same points of impact of the illumination wave as a function of the phase shift applied. In this case, at each phase shift corresponds a distinct trajectory
and the tables Io [k], Jo [k] must be replaced by tables 10 [k, d], Jo [k, d]. We can then calculate as previously separate tables Fp, q, d before superimposing them to obtain the tables Fp, q.
Ce mode de calcul n'est pas particulièrement avantageux mais montre qu'il n'est pas indispensable de calculer dans une phase intermédiaire les représentations bidimensionnelles complexes, ni même d'effectuer une acquisition des données correspondant à ces représentations bidimensionnelles complexes. This method of calculation is not particularly advantageous but shows that it is not essential to calculate in an intermediate phase complex two-dimensional representations, or even to perform data acquisition corresponding to these complex two-dimensional representations.
7. 18.6. Réalisation d'images avec une seule valeur du décalage de phase. 7. 18.6. Realization of images with a single value of the phase shift.
La présente variante consiste à modifier la procédure décrite en 7.12. de manière à n'acquérir que la partie réelle du nombre complexe normalement acquis de la manière décrite en 7.12. Cette partie réelle peut être acquise en une seule étape, ce qui permet d'utiliser une seule valeur de l'indice d caractérisant le décalage de phase. Du fait que seule la partie réelle est acquise, la représentation fréquentielle obtenue, en The present variant consists in modifying the procedure described in 7.12. so as to acquire only the real part of the complex number normally acquired as described in 7.12. This real part can be acquired in a single step, which makes it possible to use a single value of the index d characterizing the phase shift. Since only the real part is acquired, the frequency representation obtained, in
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supposant que le tableau de compensation de l'aberration sphérique Dp est mis à 1, est la partie réelle de la représentation complexe. La représentation spatiale obtenue par transformation de Fourier inverse est alors la superposition de l'image normale avec une image conjuguée symétrique par rapport au point d'origine de l'onde de référence. Pour que l'image normale ne soit pas superposée à sa symétrique, le point d'origine de l'onde de référence doit être placé sur le coté du diaphragme, légèrement hors de l'ouverture du diaphragme, et non au centre de celui-ci. L'ouverture du diaphragme doit être réduite de moitié de manière à éviter le repliement de spectre induit par ce déplacement du point d'origine de l'onde de référence. Assuming that the compensation table of the spherical aberration Dp is set to 1, is the real part of the complex representation. The spatial representation obtained by inverse Fourier transformation is then the superimposition of the normal image with a conjugate image symmetrical with respect to the point of origin of the reference wave. In order for the normal image not to be superimposed on its symmetrical one, the origin of the reference wave must be placed on the side of the diaphragm, slightly out of the aperture of the diaphragm, and not at the center of the diaphragm. this. The opening of the diaphragm must be halved so as to avoid the aliasing induced by this displacement of the origin point of the reference wave.
L'image obtenue finalement comporte alors l'image normale et l'image symétrique, non superposées et donc utilisables. Toutefois, pour que la partie réelle puisse être acquise en une seule étape, il est nécessaire que l'intensité de l'onde de référence soit suffisamment supérieure à l'intensité de l'onde diffractée, de manière à ne pas induire d'erreurs du second ordre. La qualité de l'image finalement obtenue dépend donc de l'intensité de l'onde de référence. Une intensité trop faible induit des distortions du second ordre et une intensité trop forte augmente le bruit gaussien. The image finally obtained then comprises the normal image and the symmetrical image, not superimposed and therefore usable. However, for the real part to be acquired in a single step, it is necessary that the intensity of the reference wave is sufficiently greater than the intensity of the diffracted wave, so as not to induce errors second order. The quality of the image finally obtained therefore depends on the intensity of the reference wave. Too low intensity induces second-order distortions and too much intensity increases Gaussian noise.
Afin de respecter au mieux la condition d'intensité suffisante de l'onde de référence, l'intensité de l'onde de référence seule doit être ajustée non au quart de la valeur maximale du digitaliseur comme indiqué en 7. 4. mais par exemple à 80% de cette valeur,
Pour que la partie réelle soit effectivement acquise à chaque prise d'image, le décalage de phase unique utilisé doit permettre l'obtention directe d'une référence de phase constante. Ce décalage sera donc, de manière similaire à ce qui a été fait en 7.18.4.:
In order to better respect the condition of sufficient intensity of the reference wave, the intensity of the reference wave only must be adjusted not to one quarter of the maximum value of the digitizer as indicated in 7. 4. but for example at 80% of this value,
In order for the real part to be effectively acquired at each image acquisition, the single phase shift used must make it possible to directly obtain a constant phase reference. This shift will be, in a similar way to what was done in 7.18.4 .:
Malgré l'application de ce décalage de phase, la référence de phase peut ne pas être constante en présence de vibrations de la table optique. Ceci détruirait l'image et il est donc nécessaire d'utiliser une table optique de très bonne qualité de manière à supprimer ces vibrations. Despite the application of this phase shift, the phase reference may not be constant in the presence of vibrations of the optical table. This would destroy the image and it is therefore necessary to use a high quality optical table to remove these vibrations.
L'indice d ne prend donc plus qu'une seule valeur au lieu de trois et l'étape 2 de la procédure décrite en 7.12.2.2. est remplacée par:
Comme en 7.18.4., mais en tenant compte de l'abscence de vibrations, l'étape 2 de la procédure décrite en 7.17.2. est remplacée par:
The index d therefore takes only one value instead of three and step 2 of the procedure described in 7.12.2.2. is replaced by:
As in 7.18.4., But taking into account the absence of vibrations, step 2 of the procedure described in 7.17.2. is replaced by:
Cette variante peut être d'avantage simplifiée en n'utilisant qu'une seule position des rotateurs de phase et qu'une seule position de l'atténuateur de faisceau, moyennant quoi les 36 couples d'images élémentaires acquis en 7.12.2.1. peuvent se réduire à un seul, au prix d'une forte diminution de la qualité de l'image. Dans ce cas de simplification extrême , les indices c,d,r1 ,r2 ne prennent plus qu'une seule valeur et l'ensemble de la procédure décrite en 7.12.2. se réduit à: This variant can be further simplified by using only one position of the phase rotators and only one position of the beam attenuator, whereby the 36 pairs of elementary images acquired in 7.12.2.1. can be reduced to one, at the cost of a sharp decrease in the quality of the image. In this case of extreme simplification, the indices c, d, r1, r2 take only one value and the whole of the procedure described in 7.12.2. is reduced to:
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7. 18.7. Méthode simplifiée d'obtention des images tridimensionnelles. 7. 18.7. Simplified method for obtaining three-dimensional images.
On peut se limiter, pour générer l'image tridimensionnelle de l'objet, à la représentation Fo,odéfinie en 7.17. Ceci revient, dans la procédure décrite en 7.17.2., à adopter des tableaux IBp,q nuls pour tout couple (p, q)# (0,0). La présente méthode est la méthode définie en 7.18.4. mais simplifiée de cette manière, et adaptée au cas ou l'indice moyen de l'échantillon est proche de l'indice nominal des objectifs, et ou la table peut être considérée comme parfaitement stable. One can limit, to generate the three-dimensional image of the object, to the representation Fo, odéfinie in 7.17. This amounts, in the procedure described in 7.17.2., To adopt tables IBp, q void for any pair (p, q) # (0,0). This method is the method defined in 7.18.4. but simplified in this way, and adapted to the case where the average index of the sample is close to the nominal index of the objectives, and the table can be considered as perfectly stable.
Dans ces conditions, on a Rk,0,0 = 1 et D0[i,j] = 1.
Under these conditions, we have Rk, 0,0 = 1 and D0 [i, j] = 1.
Laformule: Mk P9 lt .1 = Mk('P,R t J-Dpq+P9 l' .1 Rk,P,q DP Iimaxk>P0 >,Imk.P>0 ]Rk>P0 qui était employée en 7.18.4. se simplifie donc et on obtient:
M k,O,O[I, j] = Mk,0,0 [1, il c'est-à-dire que le tableau Mk,o,o n'est pas modifié avant d'être utilisé pour générer la représentation tridimensionnelle de l'objet. The formula: Mk P9 lt .1 = Mk (PP, R t J-Dpq + P9 .1 Rk, P, q DP Iimaxk>P0>,Imk.P> 0] Rk> P0 which was used in 7.18. 4. simplifies itself and we obtain:
M k, O, O [I, j] = Mk, 0,0 [1, that is, the array Mk, o, o is not modified before being used to generate the representation three-dimensional object.
Dans ce cas particulier, aucune compensation algorithmique du déphasage du faisceau de référence n'est nécessaire, parce que le dispositif utilisé permet la génération de faisceaux d'éclairage ayant un déphasage constant par rapport à l'onde de référence. In this particular case, no algorithmic compensation of the phase shift of the reference beam is necessary, because the device used allows the generation of illumination beams having a constant phase shift with respect to the reference wave.
Dans ce cas particulier, on peut également éviter les étapes 7.10, 7.11, 7.15, 7.16, La position des objectifs peut être réglée comme en 7.9.1, de manière à avoir une image ponctuelle et centrée. La commande du dispositif de décalage de phase est alors définie par:
8 d = Od - Arg(Ra [p, I4k, p], Jc[k, pi]) c'est-à-dire qu'elle ne dépend pas de mesures effectuées préalablement sur l'objet lui-même. Si un objectif de microscope ayant pour indice nominal celui du vide est employé, les mesures préalables peuvent être effectuées en l'abscence de tout objet (en considérant comme un objet la lame transparente). In this particular case, steps 7.10, 7.11, 7.15, 7.16 can also be avoided. The position of the objectives can be adjusted as in 7.9.1, so as to have a point and centered image. The control of the phase shifter is then defined by:
D = Od - Arg (Ra [p, I4k, p], Jc [k, pi]) that is to say that it does not depend on measurements previously made on the object itself. If a microscope objective having the nominal index of the vacuum is used, the preliminary measures can be performed in the absence of any object (considering as an object the transparent blade).
7. 18.8. Réalisation d'une image avec une seule position des polariseurs. 7. 18.8. Realization of an image with a single position of the polarizers.
La présente variante consiste à ne pas utiliser la possibilité de variation des indices r1 et r2. Si des images selon la présente variante sont seules générées, les rotateurs de polarisation (2210) (2241) (2238) (2226) peuvent être supprimés. La présente variante implique une modification de l'étape 3 de la boucle sur k,p décrite en 7.12.2.2., ainsi qu' une modification de l'étape 8 de l'algorithme décrit en 7.17.2. The present variant consists in not using the possibility of variation of the indices r1 and r2. If images according to the present variant are only generated, the polarization rotators (2210) (2241) (2238) (2226) can be deleted. The present variant involves a modification of step 3 of the loop on k, p described in 7.12.2.2., As well as a modification of step 8 of the algorithm described in 7.17.2.
7.18.8.1. Modification de retape 3 de la boucle sur k,p décrite en 7.12.2.2. 7.18.8.1. Modification of retape 3 of the loop on k, p described in 7.12.2.2.
Lorque les rotateurs de polarisation ne sont pas utilisés, la direction du vecteur champ électrique du faisceau d'éclairage et la direction d'analyse du faisceau reçu sont orientées suivant le vecteur j de la Fig. 52. When the polarization rotators are not used, the direction of the electric field vector of the illumination beam and the direction of analysis of the received beam are oriented along the vector j of FIG. 52.
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On note e et # les vecteurs déduits respectivement des vecteurs 3ceet xc par rotation de dans le plan de la Fig.52 On a: j = ze sinue + e cosço,
Lors de la diffraction vers le point C: - la composante suivant #e est transmise sans atténuation, devenant la composante sur le vecteur -#c
- la composante suivant e est transmise, devenant la composante sur le vecteur - # e, mais est atténuée d'un facteur cos# ou 0 est l'angle entre le vecteur fe et le vecteur fc. We denote by e and # the vectors deduced respectively from the vectors 3ce and xc by rotation of in the plane of Fig.52 We have: j = ze sinue + e cosço,
During diffraction towards point C: - the following component #e is transmitted without attenuation, becoming the component on the vector - # c
the following component e is transmitted, becoming the component on the vector - # e, but is attenuated by a factor cos # where 0 is the angle between the vector fe and the vector fc.
Pour un vecteur champ électrique 7de l'onde d'éclairage, le vecteur champ électrique de l'onde
reçue au point C est donc proportionnel à t = -xc sinq1e - #e costpe e cos 9 . On peut prendre en compte les relations xc = cosço, + j sinq1e ,#e = -T sinq1e + j COSq1e . La composante de suivant] est alors proportionnelle à Br = - cos q1 cos tp cos 0 - sin q1 sin q1 e . Ceci constitue un facteur d'atténuation qui affecte le faisceau diffracté mesuré au point C suivant une direction d'analyse orientée suivant] lorsque le faisceau d'éclairage est dirigé sur le point E et a son vecteur champ électrique orienté suivant] . Si la diffusion pouvait être considérée comme isotrope, ce coefficient serait constant. Pour compenser l'effet de l'anisotropie il suffit donc de diviser les valeurs mesurées par ce coefficient Br de manière à se ramener à un coefficient constant caractérisant la diffusion isotrope. La division par Br fait remonter le bruit affectant les points ou Br est faible, ce qui doit également être pris en compte.
For a vector electric field 7of the illumination wave, the vector electric field of the wave
received at point C is therefore proportional to t = -xc sinq1e - #e costpe e cos 9. We can take into account the relations xc = cosço, + j sinq1e, # e = -T sinq1e + j COSq1e. The next component] is then proportional to Br = - cos q1 cos tp cos 0 - sin q1 sin q1 e. This is an attenuation factor which affects the diffracted beam measured at point C in a direction of analysis oriented as the illumination beam is directed at the point E and has its vector electric field oriented next. If diffusion could be considered as isotropic, this coefficient would be constant. To compensate for the effect of anisotropy, it suffices to divide the values measured by this coefficient Br so as to reduce it to a constant coefficient characterizing the isotropic diffusion. The division by Br causes the noise affecting the points to rise or Br is low, which must also be taken into account.
Le facteur cos B vaut cos B = [fe II- ' 1 fc c || . Ceci se traduit, en utilisant les valeurs normalisées des vecteurs fréquence, par: cos# = xcxe + Yc Ye + Zcze L'étape 3 de la procédure 7. 12.12. est donc modifiée da la manière suivante:
- le programme calcule, en plus des valeurs déjà calculées en 7.12., cos6 = xcxe zaza te - le programme calcule le facteur compk, p, q] de compensation de l'atténuation : si - cos q1 e cos q1 e cos B - sin q1 sin (p, :9 lim alors cof,/?,1 = #, ou lim est une valeur très lim faible, par exemple lim = 10-10
sinon, com p k 'p'q q] -cosrp cosrpe cosB-sinrp 1 sinpe sinon, complu, p, #1 = -cosç?c cose cos#-sinç?c sin<pe Comme les valeurs coef k, p, q, /, /][/#], r2 utilisées en 7.12., les valeurs compk, p, q constituent un tableau qui peut être précalculé. - le programme calcule finalement:
The cos factor B is cos B = [fe II- '1 fc c || . This translates, using the normalized values of the frequency vectors, by: cos # = xcxe + Yc Ye + Zcze Step 3 of the procedure 7. 12.12. is modified as follows:
- the program calculates, in addition to the values already calculated in 7.12., cos6 = xcxe zaza te - the program calculates the compensation factor compk, p, q] of the attenuation: si-cos q1 cos q1 e cos B - sin q1 sin (p,: 9 lim then cof, / ?, 1 = #, where lim is a very low lim value, for example lim = 10-10
if not, com pk 'p'q q] -cosrp cosrpe cosB-sinrp 1 sinpe otherwise, complu, p, # 1 = -cosçc cose cos # -sinç? c sin <pe As the values coef k, p, q , /, /] [/ #], r2 used in 7.12., the compk, p, q values constitute a table that can be precalculated. - the program finally calculates:
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ou #acq est l'écart-type du bruit des capteurs. Les capteurs sont en général conçus pour que #acq soit de ~SNRdB l'ordre de 1. On a: #acq =10 20 2 N ou SNRdB est le rapport signal sur bruit en décibels et N est le nombre de bits d'échantillonnage du signal. where #acq is the standard deviation of the sensors noise. The sensors are usually designed so that #acq is ~ SNRdB in the order of 1. We have: #acq = 10 20 2 N where SNRdB is the signal-to-noise ratio in decibels and N is the number of sampling bits of the signal.
5 7. 18.8.2. Modification de l'étape 8 de l'algorithme décrit en 7.17.2. 5. 7. 18.8.2. Modification of step 8 of the algorithm described in 7.17.2.
La multiplication par comp[k,p,q] peut faire remonter considérablement le niveau de bruit, ce qui peut fausser l'image obtenue. Pour éviter ce problème on modifie l'étape 8 de la procédure décrite en 7.17 de manière à annuler les composantes de la représentation fréquentielle qui sont inférieures en module au bruit multiplié par une constante const donnée. Multiplication by comp [k, p, q] can considerably increase the level of noise, which can distort the image obtained. To avoid this problem, step 8 of the procedure described in 7.17 is modified so as to cancel the components of the frequency representation which are smaller in modulus to the noise multiplied by a given const constant.
10 L'annulation de certains éléments de la représentation fréquentielle est elle-même génératrice de bruit. Pour obtenir une représentation fréquentielle de qualité comparable à celle obtenue suivant la procédure normale, un échantillonnage plus précis ou un niveau d'atténuation supplémentaire peuvent être nécessaires. The cancellation of certain elements of the frequency representation is itself generating noise. To obtain a frequency representation of comparable quality to that obtained by the normal procedure, more precise sampling or an additional level of attenuation may be necessary.
L'étape 8 de la procédure décrite en 7.17 est modifiée de la manière suivante: 15 étape 8 modifiée: Le programme calcule la représentation fréquentielle finale, contenue dans un tableau F
de dimensions 2N pvc x2NP, x 2 N plX' Il initialise à 0 ce tableau puis parcourt les indices m,nj,nk en testant la condition: IBP,9 ni, nj, nk p, q 20 Lorsque la condition est réalisée il effectue:
L Fp,q [ni, "J> nk\1BVA [ni ,nj,nk] F[ni,nj,nk] = p,q IBP,9 ni, nj, nk P.q Il teste alors la condition F[ni, nj, nk] <~ const L IBp,q [ni, nj, nk] p.q Lorsque cette condition est réalisée il effectue: F[ni, nj, nk] = 0 const est une constante choisie pour qu'en l'abscence de signal (bruit seul) la condition soit 25 toujours vérifiée. On peut par exemple utiliser const=4
Une multiplication par une constante du niveau global de bruit modifie les résultats de cette étape 8 modifiée. C'est pourquoi en 7.18.8.1. on détermine un niveau de bruit absolu, alors qu'en 7.12 le niveau de bruit était défini à une constante près. Step 8 of the procedure described in 7.17 is modified as follows: step 8 modified: The program calculates the final frequency representation, contained in a table F
of dimension 2N pvc x2NP, x 2 N plX 'It initializes to 0 this array then traverses the indices m, nj, nk by testing the condition: IBP, 9 ni, nj, nk p, q 20 When the condition is realized it performs :
L Fp, q [ni, "J> nk \ 1BVA [ni, nj, nk] F [ni, nj, nk] = p, q IBP, 9 ni, nj, nk Pq It then tests the condition F [ni, nj, nk] <~ const L IBp, q [ni, nj, nk] pq When this condition is realized it performs: F [ni, nj, nk] = 0 const is a constant chosen so that in the absence of signal (noise only) the condition is always checked, for example const = 4
A multiplication by a constant of the overall noise level modifies the results of this modified step 8. This is why in 7.18.8.1. an absolute noise level is determined, whereas in 7.12 the noise level was set to a constant.
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7. 18.9. Obtention d'une image d'un cristal biréfringent uniaxe. 7. 18.9. Obtaining an image of a uniaxial birefringent crystal.
On considère un cristal uniaxe d'indice ordinaire n0 taillé de manière à former une lame d'épaisseur réduite, le plan de la lame étant orthogonal à l'axe optique du cristal. Cette lame constitue l'échantillon observé et est placée entre les deux objectifs, de l'huile optique étant utilisée entre les objectifs et l'échantillon, l'objectif étant conçu pour utiliser des lamelles d'indice égal à celui de l'huile optique. An uniaxial crystal of ordinary index n0 cut to form a blade of reduced thickness is considered, the plane of the blade being orthogonal to the optical axis of the crystal. This blade constitutes the sample observed and is placed between the two lenses, optical oil being used between the objectives and the sample, the objective being designed to use lamellae of index equal to that of the optical oil. .
L'axe optique du cristal est donc confondu avec l'axe optique des objectifs. The optical axis of the crystal is thus confused with the optical axis of the objectives.
Cette lame est supposée ne pas être parfaite . Elle peut être affectée par exemple de défauts de cristallisation ponctuels. La présente procédure a pour objectif d'obtenir une image tridimensionnelle de ces défauts de cristallisation. Il peut également s'agir d'une mémoire optique dont les variations locales d'indice caractérisent les bits enregistrés. La présente procédure permet l'obtention d'une image tridimensionnelle caractéristique des variations de de l'indice ordinaire no de l'échantillon. This blade is supposed not to be perfect. It may be affected, for example, by occasional crystallization defects. The present procedure aims to obtain a three-dimensional image of these crystallization defects. It can also be an optical memory whose local index variations characterize the recorded bits. The present procedure allows obtaining a three-dimensional image characteristic of the variations of the ordinary index no of the sample.
L'indice ordinaire moyen no est supposé connu, ainsi que l'épaisseur de la lame. L'échantillon est introduit sans déplacement des objectifs, de sorte que x,y,z soient également connus. Il est également possible d'obtenir no ,L, x,y,z par une version modifiée de la procédure décrite en 7.11. Une telle version modifiée, applicable dans le cas du mode de réalisation 4, sera décrite en 8.4.3.2. The average ordinary index no is assumed to be known, as is the thickness of the blade. The sample is introduced without moving the objectives, so that x, y, z are also known. It is also possible to obtain no, L, x, y, z by a modified version of the procedure described in 7.11. Such a modified version, applicable in the case of embodiment 4, will be described in 8.4.3.2.
L'obtention de l'image de l'indice ordinaire suppose une modification de l'étape 8 de la procédure 7.17. , qui est celle déjà décrite en 7.18.8.2. Elle suppose également une modification de l'étape 3 de la boucle sur k,p décrite en 7.12.2.2., décrite ci-après en reprenant les notations utilisées en 7.12. Obtaining the ordinary index image implies a modification of step 8 of procedure 7.17. , which is the one already described in 7.18.8.2. It also supposes a modification of the step 3 of the loop on k, p described in 7.12.2.2., Described hereafter by taking again the notations used in 7.12.
7. 18.9.1. Principe
On note: üe = Je /\fo Ü - /cAfou Il.fe I\foll' -Ife ^.foll #e et #c sont donc définis d'après les vecteurs de la Fig.51. Ils sont tous deux dans le plan de la Fig. 52 (non représentés). ûe est orienté selon la direction de polarisation ordinaire de l'onde d'éclairage parvenant en E. #c est orienté selon la direction de polarisation ordinaire de l'onde diffractée parvenant au point C. 7. 18.9.1. Principle
Note that /e = / / fo / / / / / / / / et et et et et et et et et et et sont sont sont sont sont sont sont sont sont sont sont sont sont sont sont sont sont sont sont sont sont sont .5 .5 .5 .5. They are both in the plane of FIG. 52 (not shown). it is oriented in the direction of ordinary polarization of the light wave arriving at E. #c is oriented in the ordinary polarization direction of the diffracted wave arriving at point C.
On note #e et #c les vecteurs déduits respectivement des vecteurs #e et #c par rotation de #/2 dans le plan de la Fig.52
On note #e et #c les vecteurs déduits respectivement des vecteurs #e et #c par rotation de 2 dans le plan de la Fig.52
On note l'angle entre le vecteur # et le vecteur # obtenu à partir de 7 par une symétrie dont l'axe est la position de l'axe neutre des rotateurs de polarisation lorsque cet axe neutre n'est pas parallèle à
i . On a typiquement 6:;:; 10 degrés. We denote #e and #c the vectors deduced respectively from the vectors #e and #c by rotation of # / 2 in the plane of Fig.52
We denote #e and #c the vectors deduced respectively from the vectors #e and #c by rotation of 2 in the plane of Fig.52
We note the angle between the vector # and the vector # obtained from 7 by a symmetry whose axis is the position of the neutral axis of the polarization rotators when this neutral axis is not parallel to
i. Typically 6:; 10 degrees.
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Lorsque le vecteur champ électrique du faisceau d'éclairage (au point E) est A0# + A1# le vecteur
champ électrique mesuré au point C est (C,,A, + COI AI)T +(Cl0A0 +C,,4,)y . When the electric field vector of the lighting beam (at point E) is A0 # + A1 # the vector
electric field measured at the point C is (C ,, A, + COI AI) T + (Cl0A0 + C ,, 4,) y.
Lorsque un vecteur champ électrique ûe = 1:'cos a, e + j sin a est utilisé pour l'onde d'éclairage, le vecteur champ électrique mesuré au point C est donc: wm = (Coo cosae +Col sin a e)T + (ClO cosae + CI 1 sina,,)J On peut utiliser: i = U. cos<Xe - v, sin<a;e j = ùe sina + v, coso'e d'ou: wm = (Coo cosae cosac + Col sinae cos c + Clo cosae sina, + Ci 1 sina,, sinc); +(-Coo cosae sinae -Col sinae sinac +CI() cosae cosa. +Cl, sinae cosae)Ve La valeur mesurée au point C suivant la direction du vecteur ii, est donc: Bm = Coo cosae cosac +Col sinae cos c + CIO cosae sinac + CI sinae e sin a,
On note Qr1,r2 la valeur mesurée au point C pour la combinaison r1,r2 des indices de commande des rotateurs de polarisation. Lorsque le vecteur champ électrique du faisceau d'éclairage (au point E) est
Aoâ+A1 j le vecteur champ électrique mesuré au point C est (QOOAO +6oit)+(6ioo +QiiAyJ avec # = # cos # + # sine. When an electric field vector ε = 1: cos a, e + j sin a is used for the illumination wave, the vector electric field measured at the point C is therefore: wm = (Coo cosae + Col sin ae) T + (ClO cosae + CI 1 sina ,,) J We can use: i = U. cos <Xe - v, sin <a; ej = sina + v, cosoe of or: wm = (Coo cosae cosac + Col sinae cos c + Clo cosae sina, + Ci 1 sina ,, sinc); + (- Coo cosae sinae -Col sinae sinac + CI () cosae cosa. + Cl, sinae cosae) Ve The value measured at point C along the direction of the vector ii, is therefore: Bm = Coo cos cosac + Col sinae cos c + CIO cosae sinac + CI sinae e sin a,
We denote by Qr1, r2 the value measured at point C for the combination r1, r2 of the control indices of the polarization rotators. When the electric field vector of the lighting beam (at point E) is
Aoâ + A1 j the vector electric field measured at point C is (QOOAO + 6oit) + (6ioo + QiiAyJ with # = # cos # + # sine.
La relation définissant # s'inverse en: # = # 1 - # tan # cos Lorsque le vecteur champ électrique du faisceau d'éclairage est
le vecteur reçu au point C est donc:
soit:
(QOOAO +Qo(-Ao sine+Al coss))i
The relation defining # is reversed in: # = # 1 - # tan # cos When the electric field vector of the lighting beam is
the vector received at point C is therefore:
is:
(QOOAO + Qo (-Ao sine + Al coss)) i
Cette expression est l'équivalent de (CooAo +C0lAx)ï + {Cl0A0 +C1lAj , avec: Coo = Qoo - Q0 1 sin # C01 = Q01 cos #
This expression is the equivalent of (CooAo + C0lAx) ï + {Cl0A0 + C1lAj, with: Coo = Qoo - Q0 1 sin # C01 = Q01 cos #
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Cl =Qol sins+Qll L'expression de Bm se transforme donc comme suit: Bm=(Qoo -Q0, sine) cosa, cos a, +Q0, cosssinae cos a, +(Qol sins+QIl) sinae sina,
soit: Bm = (cosae cosac +cosae sinac tan #)Q00
±sinscosae cosac +cosssinae cosac +sinesinae sinac - sinstanscosa sinac)<201 +C cos 1 e cosae sinac,Qlo cos
+(sinae sinac -tanseosae sinac)Q Cette valeur Bm est la valeur mesurée au point C selon la direction du vecteur #c lorsque le vecteur champ électrique de l'onde d'éclairage est orienté selon #e Du fait de la définition des vecteurs ûe et #c, Bm est la valeur du rayon diffracté ordinaire pour un faisceau d'éclairage ordinaire. La mesure de Bm est indirecte au sens ou ce sont les valeurs Qij qui sont mesurées, la valeur de Bm en étant déduite.
Cl = Qol sins + Qll The expression of Bm is thus transformed as follows: Bm = (Qoo -Q0, sine) cosa, cos a, + Q0, cosssinae cos a, + (Qol sins + QIl) sinae sina,
either: Bm = (cosae cosac + cosae sinac tan #) Q00
± sinscosae cosac + cosssinae cosac + sinesinae sinac - sinstanscosa sinac) <201 + C cos 1 cosae sinac, Qlo cos
+ (sinae sinac -tanseosae sinac) Q This value Bm is the value measured at point C in the direction of vector #c when the electric field vector of the illumination wave is oriented according to #e Due to the definition of vectors and #c, Bm is the value of the ordinary diffracted ray for an ordinary light beam. The measure of Bm is indirect in the sense where the values Qij are measured, the value of Bm being deduced.
On peut exprimer le vecteur #e sous la forme:
iie = x'e COS,l3e -Ye Sln3e Lors de la diffraction vers le point C, sur le même principe qu'en 7.18.8.1.: - la composante suivant #e est transmise sans atténuation, devenant la composante sur le vecteur -#c
- la composante suivant e est transmise, devenant la composante sur le vecteur - # e , mais est atténuée d'un facteur cos# ou # est l'angle entre le vecteur fe et le vecteur fc. Le vecteur reçu au point C est donc:
wr = -xyz cospe + #e sin/3e cos<9 On peut utiliser: Xc = ù, cos3c +vc sin,6, #e = -ûc sin,6, +vc cos,6, On en tire donc: Wr = (- cosfJ COsfle - sinj6, sin,6e COSe)2'lc + (- sin,6c cosfle +COSRc sin,6e COS 0), La valeur reçue au point C suivant la direction du vecteur ûeest donc: Br = - cosfJe cos,6,, - sin,6, sin/?g COS 0 Cette valeur Br est le coefficient d'atténuation qui affecte le faisceau diffracté ordinaire reçu au point C lorsque le faisceau d'éclairage est ordinaire. Dans un modèle de diffusion isotrope, le coefficient Br serait We can express the vector #e in the form:
iie = x'e COS, l3e -Ye Sln3e When diffracting towards the point C, on the same principle as in 7.18.8.1 .: - the next component #e is transmitted without attenuation, becoming the component on the vector - #c
the following component e is transmitted, becoming the component on the vector - # e, but is attenuated by a factor cos # where # is the angle between the vector fe and the vector fc. The vector received at point C is therefore:
wr = -xyz cospe + #e sin / 3e cos <9 We can use: Xc = ù, cos3c + vc sin, 6, #e = -c sin, 6, + vc cos, 6, so we draw: Wr = (- cosfJ COsfle - sinj6, sin, 6e COSe) 2'lc + (- sin, 6c cosfle + COSRc sin, 6e COS 0), The value received at point C along the direction of the vector ûe is: Br = - cosfJe cos, 6 ,, - sin, 6, sin /? g COS 0 This Br value is the attenuation coefficient that affects the ordinary diffracted beam received at point C when the illumination beam is ordinary. In an isotropic diffusion model, the Br coefficient would be
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constant. De même qu'en 7.18.8.1., cette atténuation peut être compensée en divisant la valeur mesurée Bm par le coefficient Br. constant. As in 7.18.8.1., This attenuation can be compensated by dividing the measured value Bm by the coefficient Br.
7.18.9.2. Algorithme
L'étape 3 de la boucle sur k,p décrite en 7. 12.12. est donc modifiée de la manière suivante: - le programme calcule les quantités suivantes, en plus de celles calculées en 7.12.12.:
cos(} = xexe + YeYe +zeze
sin,8, == 1 Vxy cos,6, = (YeVyz -XeVxz) MeMce MeMee 1 sinac = - 1xc cosae = 1Y, Mc Mc sin/3e = - 1 V xy cos,6, = 1 (-YeV yz +xeV xz) memce Memce 1 sina, =- 1Xe cosae = 1Ye Me Me Pour l'ensemble de ces valeurs, on utilise des valeurs limites appropriées lorsque les dénominateurs sont nuls :
si Mc = 0 on utilise ae = -a et /3 ~ ,13e = 0 si Me = 0 on utilise a = -ae et /9c = 3e = 0 si Mee = Oon utilise 8, = 3e = 0 si Mc = 0 et Me = 0 et M ce = 0 on utilise a = a = 8, = fle = 0 - le programme calcule le facteur comp[k, p, q] de compensation de l'atténuation : Si - COSÜ, cos/3e -sin/3 sin/3e cos 0:9 lim alors compk, p,q = # , ou //m est une valeur très lim faible, par exemple lim = 10-10
sinon, compk, p, q ~ -COS%j COSe -Sln 1 Slne COSe sinon, comp ,p,q - cos p c cos, pe-smpcsm fi ecos9 Le programme calcule les valeurs: coefk,p,q,i, j0,0=eosae cosac +cosae sina tan)co/K,,] coef[k, p,q,i, j0,li\ = -sinecosae cosae +cosesinae cosa +sinesinae sinac -sinetanscosae sinacompk, p, q]
7.18.9.2. Algorithm
Step 3 of the loop on k, p described in 7. 12.12. is therefore modified as follows: - the program calculates the following quantities, in addition to those calculated in 7.12.12 .:
cos (} = xexe + YeYe + zeze
sin, 8, == 1 Vxy cos, 6, = (YeVyz -XeVxz) MeMce MeMee 1 sinac = - 1xc cosae = 1Y, Mc Mc sin / 3e = - 1 V xy cos, 6, = 1 (-YeV yz + xeV xz) memce Memce 1 sina, = - 1Xe cosae = 1Ye Me Me For all these values, appropriate limit values are used when the denominators are zero:
if Mc = 0 we use ae = -a and / 3 ~, 13e = 0 if Me = 0 we use a = -ae and / 9c = 3e = 0 if Mee = Oon uses 8, = 3e = 0 if Mc = 0 and Me = 0 and M ce = 0 we use a = a = 8, = fle = 0 - the program calculates the compensation factor [k, p, q] of the attenuation: Si - COSÜ, cos / 3e - sin / 3 sin / 3rd cos 0: 9 lim then compk, p, q = #, where // m is a very low lim value, for example lim = 10-10
if not, compk, p, q ~ -COS% j COSe -Sln 1 Slne COSe else, comp, p, q - cos pc cos, pe-smpcsm fi ecos9 The program calculates the values: coefk, p, q, i, j0 , 0 = eosae cosac + cosae sina tan) co / K ,,] coef [k, p, q, i, j0, li \ = -sinecosae cosae + cosesinae cosa + sinesinae sinac -sinetanscosae sinacompk, p, q]
Comme en 7.12. les valeurs coef k, p, q, i, jrl , r2 et comp[k, p, q] constituent des tableaux qui peuvent être précalculés.
As in 7.12. the values coefk, p, q, i, jr1, r2 and comp [k, p, q] constitute tables that can be precalculated.
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- le programme calcule finalement:
ou #acq est l'écart-type du bruit des capteurs défini comme en 7.18.8.1.
M2r1, r2 ][ q, i, il correspond à la valeur mesurée qui était notée (3,.,. en 7.18.9.1. le calcul de Mk,p,q[i,j] équivaut au calcul du rapport Bm défini en 7.18.9.1. - the program finally calculates:
where #acq is the standard deviation of the sensor noise defined in 7.18.8.1.
M2r1, r2] [q, i, it corresponds to the measured value which was noted (3, ..., in 7.18.9.1, the calculation of Mk, p, q [i, j] is equivalent to the calculation of the ratio Bm defined in 7.18.9.1.
Br
7. 19. Objectifs de microscope adaptés. Br
7. 19. Adapted microscope objectives.
Dans l'ensemble des modes de réalisation il est possible d'utiliser des objectifs de microscope standard. Ces objectifs ont un indice nominal nv proche de celui du verre. Ils sont prévus pour fonctionner avec un liquide d'immersion et une lamelle couvre-objet d'indice nv. Ces objectifs donneront de bons résultats si l'échantillon observé a un indice moyen proche de nv ou est peu épais. Si l'échantillon observé est constitué essentiellement d'eau, d'indice 1,33 , et si l'ouverture de l'objectif est de 1,25 , alors l'épaisseur totale de l'échantillon doit être suffisamment inférieure à la largeur totale de l'image générée. Si elle est trop élevée, la représentation tridimensionnelle obtenue peut être faussée. En effet, l'aberration sphérique causée par l'épaisseur de l'échantillon peut alors devenir telle que l'onde provenant d'un objectif ne puisse être reçue par l'objectif en vis-à-vis que pour une faible partie des fréquences utilisées. In all embodiments it is possible to use standard microscope objectives. These objectives have a nominal index nv close to that of glass. They are designed to work with an immersion liquid and a coverslip of nv index. These objectives will give good results if the observed sample has an average index close to nv or is not thick. If the sample observed consists essentially of water, with a 1.33 index, and if the aperture of the objective is 1.25, then the total thickness of the sample must be sufficiently smaller than the width total of the generated image. If it is too high, the three-dimensional representation obtained may be distorted. Indeed, the spherical aberration caused by the thickness of the sample can then become such that the wave coming from a lens can be received by the objective vis-à-vis only for a small part of the frequencies used.
Un objectif de microscope est conçu pour utiliser un liquide optique d'indice donné, l'indice du liquide optique ayant içi été appelé indice nominal de l'objectif. Il est conçu également pour utiliser une lame couvre-objet d'indice et d'épaisseur donnés, l'indice de la lame n'étant pas nécessairement égal à l'indice nominal de l'objectif. Si on suppose l'indice moyen de l'objet égal à l'indice nominal de l'objectif, l'objectif permet une compensation de l'aberration sphérique dûe à la lame couvre-objet, qui est indépendante de la position de l'objet. A microscope objective is designed to use an optical liquid of given index, the index of the optical liquid having been called the nominal index of the objective. It is also designed to use a slide cover of given index and thickness, the index of the blade is not necessarily equal to the nominal index of the objective. If we assume the average index of the object equal to the nominal index of the objective, the objective allows a compensation of the spherical aberration due to the cover glass, which is independent of the position of the object.
Si par contre l'indice nominal de l'objectif diffère de l'indice moyen de l'objet, les variations de position de l'objet entraînent une variation de l'épaisseur des couches correspondant respectivement à l'objet et au liquide optique. L'aberration sphérique induite dépend donc de la position de l'objet et ne peut donc pas être compensée par l'objectif, une compensation valable pour une position de l'objet ne l'étant plus pour une autre position. Ce problème est sans effet sur l'obtention d'images bidimensionnelles, qui est usuelle avec les microscopes classiques, et dans laquelle l'indice de l'échantillon n'intervient pas. Par contre, il est gênant pour l'observation d'images en trois dimensions d'un échantillon épais. If, on the other hand, the nominal index of the objective differs from the average index of the object, the variations of position of the object cause a variation in the thickness of the layers respectively corresponding to the object and the optical liquid. Induced spherical aberration therefore depends on the position of the object and can not be compensated by the objective, a valid compensation for a position of the object being no longer for another position. This problem has no effect on obtaining two-dimensional images, which is usual with conventional microscopes, and in which the index of the sample does not intervene. On the other hand, it is awkward for the observation of three-dimensional images of a thick sample.
Une solution à ce problème consiste à utiliser un objectif dont l'indice nominal est proche de l'indice moyen de l'échantillon observé. One solution to this problem is to use a goal whose nominal index is close to the average index of the observed sample.
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Si l'échantillon observé est constitué essentiellement d'eau, le liquide optique peut être de l'eau ou un liquide d'indice stabilisé proche de celui de l'eau. L'objectifpeut être conçu par des méthodes usuelles de calcul optique, en prenant en compte l'indice du liquide optique et la nécessité de compenser l'aberration dûe à la lame. Cette conception peut être facilitée par l'utilisation d'une lame en Teflon (polymère fabriqué par la société DuPont), dont l'indice est proche de celui de l'eau et qui induit donc une faible aberration. If the sample observed consists essentially of water, the optical liquid may be water or a liquid of stabilized index close to that of water. The objective can be designed by usual methods of optical calculation, taking into account the index of the optical liquid and the need to compensate for the aberration due to the blade. This design can be facilitated by the use of a Teflon blade (polymer manufactured by DuPont), whose index is close to that of water and which therefore induces a low aberration.
Si l'échantillon observé est un cristal biréfringent d'indice élevé comme dans le cas des mémoires optiques, l'indice nominal de l'objectif devra être proche de celui du cristal, ce qui implique l'emploi d'un liquide optique d'indice élevé, la lame couvre-objet devant être d'indice proche de celui du cristal observé ou pouvant éventuellement être supprimée. If the observed sample is a high index birefringent crystal as in the case of optical memories, the nominal index of the objective should be close to that of the crystal, which implies the use of an optical liquid of high index, the coverslip to be index close to that of the observed crystal or may possibly be deleted.
8. Quatrième mode de réalisation (mode préféré)
Ce mode de réalisation est considéré comme le meilleur mode de réalisation car dans le domaine du visible c'est celui qui permet les meilleures performances en termes de rapidité et de qualité d'image. 8. Fourth embodiment (preferred mode)
This embodiment is considered the best embodiment because in the field of visible is that which allows the best performance in terms of speed and image quality.
8.1. Principes
Le quatrième mode de réalisation diffère du troisième - par l'utilisation d'un dispositif de déviation du faisceau différent - par l'introduction d'un dispositif supplémentaire permettant de supprimer l'onde directe parvenant sur les CCD pour éviter ou limiter l'effet de saturation. 8.1. Principles
The fourth embodiment differs from the third embodiment - by the use of a different beam deflection device - by the introduction of an additional device for suppressing the direct wave coming on the CCDs to avoid or limit the effect. saturation.
- par le fait que l'échantillonnage est 'régulier', c'est-à-dire que l'image ponctuelle d'un faisceau d'éclairage sur le CCD coïncide avec le centre d'un pixel du CCD. - by the fact that the sampling is "regular", that is to say that the point image of a lighting beam on the CCD coincides with the center of a pixel of the CCD.
Les dispositifs de déviation du faisceau et de suppression de l'onde directe sont basés sur l'emploi d'un modulateur spatial (SLM: spatial light modulator) commercialisé par la société Displaytech. Celui-ci est constitué d'une matrice de 256x256 éléments fonctionnant chacun comme un rotateur de polarisation indépendant. Il fonctionne en réflection, c'est-à-dire que la lumière incidente sur le SLM est réfléchie avec une polarisation modifiée, ladite modification de polarisation étant différente en chaque point de la matrice. The beam deflection and direct wave suppression devices are based on the use of a spatial light modulator (SLM) marketed by the Displaytech company. This consists of a matrix of 256x256 elements each functioning as an independent polarization rotator. It operates in reflection, that is to say that the light incident on the SLM is reflected with a modified polarization, said polarization modification being different at each point of the matrix.
Il existe en deux versions : destinée à la modulation d'amplitude, dans laquelle pour une des tensions de commande, l'axe neutre du cristal liquide ferroélectrique (FLC: ferroelectric liquid crystal) est orienté dans la direction définie par un des axes de la matrice, et une autre destinée à la modulation de phase, dans laquelle les deux positions possibles de l'axe neutre du FLC sont symétriques par rapport à un des axes de la matrice. It exists in two versions: intended for amplitude modulation, in which for one of the control voltages, the neutral axis of the ferroelectric liquid crystal (FLC) is oriented in the direction defined by one of the axes of the matrix, and another for phase modulation, in which the two possible positions of the neutral axis of the FLC are symmetrical with respect to one of the axes of the matrix.
La réalisation d'un échantillonnage régulier et la bonne maîtrise de la trajectoire du faisceau supposent également une utilisation appropriée des lentilles. Regular sampling and good control of the beam path also imply proper use of the lenses.
8. 1.1. Maîtrise de la trajectoire du faisceau. 8. 1.1. Control of the trajectory of the beam.
Lorsque un faisceau plan mais non dirigé selon l'axe optique s'éloigne de son point d'origine, il s'éloigne de l'axe optique et peut devenir inexploitable. La fig. 67 illustre une méthode permettant de maîtriser la position d'un tel faisceau par rapport à l'axe optique. Un faisceau parallèle (4800) issu d'un When a plane beam but not directed along the optical axis away from its point of origin, it moves away from the optical axis and can become unusable. Fig. 67 illustrates a method for controlling the position of such a beam with respect to the optical axis. A parallel beam (4800) from a
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plan (4801) doit être utilisé dans un plan (4804) éloigné de (4801). S'il se propage en ligne droite, il s'éloigne de l'axe optique et devient inexploitable (4805). plan (4801) must be used in a plan (4804) distant from (4801). If it spreads in a straight line, it moves away from the optical axis and becomes inoperable (4805).
Les lentilles (4802) et (4803) ont même distance focale / Le plan (4801) est le plan focal objet de (4802). (4804) est le plan focal image de (4803). Le plan focal objet de (4803) est confondu avec le plan focal image de (4802) et représenté par les pointillés (4806). The lenses (4802) and (4803) have the same focal length / The plane (4801) is the object focal plane of (4802). (4804) is the image focal plane of (4803). The object focal plane of (4803) is merged with the image focal plane of (4802) and represented by the dotted lines (4806).
Dans le plan (4801) le faisceau (4800) est parallèle et centré sur l'axe optique, c'est-à-dire que son intersection avec ce plan forme un disque centré sur l'axe optique. Un tel plan sera appelé plan d'espace et noté par la lettre E. In the plane (4801) the beam (4800) is parallel and centered on the optical axis, that is to say that its intersection with this plane forms a disc centered on the optical axis. Such a plan will be called space plan and noted by the letter E.
Dans le plan (4806) le faisceau est ponctuel, c'est-à-dire que son intersection avec le plan est pratiquement réduite à un point. Un tel plan sera appelé plan de fréquences et noté par la lettre F. In the plane (4806) the beam is punctual, that is to say that its intersection with the plane is practically reduced to a point. Such a plan will be called frequency plan and noted by the letter F.
Dans le plan (4804) le faisceau est à nouveau centré et parallèle. Ce plan est donc un nouveau plan d'espace. Il est l'image du plan (4801) par le système optique constitué des lentilles (4802) et (4803). In the plan (4804) the beam is again centered and parallel. This plan is therefore a new space plan. It is the image of the plane (4801) by the optical system consisting of lenses (4802) and (4803).
Le dispositifpermet de reformer dans le plan (4804) un faisceau équivalent à celui présent dans le plan (4801), mais symétrisé par rapport à l'axe optique. The device allows to reform in the plane (4804) a beam equivalent to that present in the plane (4801), but symmetrical with respect to the optical axis.
En modifiant la distance focale de la deuxième lentille comme sur la Fig. 68, on peut modifier l'angle du faisceau par rapport à l'axe optique et sa section. La distance focale de la première lentille est f1, celle de la deuxième lentille est f2 , la distance entre les deux lentilles est f1 + f2. L'angle du faisceau par rapport à l'axe optique est multiplié par f1 et la section du faisceau est multipliée par f2 f2 f1
8. 1.2. Dispositif de déviation de faisceau
Une direction en sortie du dispositif de déviation équivaut à une fréquence spatiale donnée et on utilisera dans la suite les termes 'fréquence' ou 'angle' pour définir une déviaion. By changing the focal length of the second lens as in FIG. 68, it is possible to modify the angle of the beam with respect to the optical axis and its section. The focal length of the first lens is f1, that of the second lens is f2, the distance between the two lenses is f1 + f2. The angle of the beam with respect to the optical axis is multiplied by f1 and the beam section is multiplied by f2 f2 f1
8. 1.2. Beam deflection device
A direction at the exit of the deflection device is equivalent to a given spatial frequency and the terms 'frequency' or 'angle' will be used in the following to define a deviation.
Le dispositif de déviation de faisceau utilise un SLM de phase dont toute la surface est éclairée par un faisceau plan. Lorsque un profil de phase (4601) en crénaux comme celui indiqué Fig. 64 est appliqué sur une telle surface, l'intensité diffractée à longue distance est maximale pour les angles a et -a ou a est tel que h = #/2 soit d sin a = #/2 Ces deux angles définissent deux faisceaux diffractés symétriques (4602) et (4603) issus du SLM. Le nombre de pixels du SLM utilisé étant de Ns et le pas (distance entre deux pixels)
de ps, sina varie de 0 à 2ps par pas de soit au total # - 2 valeurs possibles en excluant le zéro. Ce
2ps NsPs 2 principe est appliqué pour générer un faisceau de direction donnée. Cependant ce dispositif simple n'est pas suffisant pour les raisons suivantes: - On cherche a générer une seule fréquence et il faut donc ensuite supprimer un des deux faisceaux générés, par exemple (4602) - Le faisceau issu de ce système de modulation simple est bruité, en ce sens qu'en plus de la fréquence correspondant au maximum d'éclairement de nombreuses fréquences parasites sont présentes. The beam deflection device uses a phase SLM whose entire surface is illuminated by a plane beam. When a phase profile (4601) in crenals like that shown in FIG. 64 is applied on such a surface, the long distance diffracted intensity is maximal for the angles a and -a where a is such that h = # / 2 is d sin a = # / 2 These two angles define two symmetric diffracted beams (4602) and (4603) from the SLM. The number of pixels of the SLM used being Ns and the pitch (distance between two pixels)
ps, sina varies from 0 to 2ps in steps of either total # - 2 possible values excluding zero. This
2ps NsPs 2 principle is applied to generate a given direction beam. However this simple device is not sufficient for the following reasons: - We try to generate a single frequency and we must then remove one of the two generated beams, for example (4602) - The beam from this simple modulation system is noisy, in that in addition to the frequency corresponding to the maximum illumination of many parasitic frequencies are present.
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Pour supprimer les fréquences parasites et le faisceau symétrique, on utilise un système dont le schéma de principe est utilisé Fig. 65. Sur ce schéma, on a représenté les SLM comme s'ils fonctionnaient par transmission, et on n'a pas représenté les polariseurs associés à ces SLM. Un faisceau plan (4611) incident sur un SLM de phase (4612) fonctionnant comme indiqué ci-dessus est diffracté dans deux directions représentées en traits pleins et en pointillés. (4612) est dans le plan focal objet d'une lentille (4613) . Dans le plan focal image de (4613), un faisceau d'angle donné en sortie de (4612) donne une image ponctuelle. Le plan focal objet de la lentille (4612) est un plan d'espace, et le plan focal image de (4612) est un plan de fréquence. Dans le plan de fréquence, on place: - un diaphragme (4615) dont la fonctionnalité est d'arrêter le faisceau symétrique (en pointillé). To suppress the parasitic frequencies and the symmetrical beam, a system whose schematic diagram is used is used. 65. In this diagram, the SLMs are represented as if they function by transmission, and the polarizers associated with these SLMs have not been represented. A plane beam (4611) incident on a phase SLM (4612) operating as indicated above is diffracted in two directions shown in solid and dashed lines. (4612) is in the object focal plane of a lens (4613). In the image focal plane of (4613), a given angle beam at the output of (4612) gives a point image. The object focal plane of the lens (4612) is a space plane, and the image focal plane of (4612) is a frequency plane. In the frequency plan, we place: - a diaphragm (4615) whose function is to stop the symmetrical beam (dashed).
- un SLM (4614) dont la fonctionnalité est de supprimer les fréquences parasites. Lorsque le SLM (4612) est commandé pour générer une fréquence donnée, cette fréquence correspond à un point du SLM (4614). Ce point est commandé pour laisser passer le faisceau, et les autres points du SLM (4614) sont commandés pour arrêter le faisceau. Les fréquences parasites sont donc supprimées. an SLM (4614) whose function is to suppress parasitic frequencies. When the SLM (4612) is controlled to generate a given frequency, this frequency corresponds to a point in the SLM (4614). This point is controlled to let the beam pass, and the other points of the SLM (4614) are controlled to stop the beam. The parasitic frequencies are thus suppressed.
Une seconde lentille (4616) transforme ensuite à nouveau le point obtenu dans le plan de fréquence en une direction correspondante en sortie du dispositif. A second lens (4616) then again transforms the point obtained in the frequency plane into a corresponding direction at the output of the device.
8. 1.3. Dispositif de suppression de l'onde directe. 8. 1.3. Device for suppressing the direct wave.
L'onde ayant traversé l'objectif et parvenant au CCD présente des fréquences de forte intensité autour du point d'impact direct du faisceau. Dans le mode de réalisation précédent, ceci entraînait une saturation du CCD lorsqu'une faible atténuation de faisceau était utilisée. The wave that has crossed the objective and reaches the CCD has high intensity frequencies around the point of direct impact of the beam. In the previous embodiment, this resulted in saturation of the CCD when low beam attenuation was used.
Pour supprimer ou atténuer cet effet de saturation on utilise un dispositif dont le principe est indiqué sur la Fig. 66, sur laquelle le SLM est représenté comme s'il fonctionnait en transmission, et sur laquelle le polariseur associé au SLM n'est pas représenté. To suppress or attenuate this saturation effect, a device whose principle is indicated in FIG. 66, on which the SLM is represented as if it were operating in transmission, and on which the polarizer associated with the SLM is not represented.
L'onde issue de l'objet et ayant traversé l'objectif est filtrée dans un plan image par le diaphragme (4700). Une lentille (4703) permet de former dans son plan focal image, qui constitue un plan de fréquence, une image en fréquence de cette onde. Dans le mode de réalisation précédent, on plaçait directement un CCD dans ce plan de fréquence. Dans le mode de réalisation présent, on y place un SLM (4704). Le faisceau direct (4702), non dévié par l'échantillon, est représenté en traits pointillés. Son image sur le SLM est ponctuelle. En obscurcissant le pixel correspondant, et éventuellement quelques pixels proches, on supprime ce point d'éclairage intense. Les autres pixels du SLM sont laissés en position passante, ce qui permet à un rayon (4701) de fréquence autre de traverser le SLM. The wave coming from the object and having crossed the objective is filtered in an image plane by the diaphragm (4700). A lens (4703) makes it possible to form, in its image focal plane, which constitutes a frequency plane, a frequency image of this wave. In the previous embodiment, a CCD was directly placed in this frequency plane. In the present embodiment, an SLM (4704) is placed therein. The direct beam (4702), not deviated by the sample, is shown in dashed lines. His image on the SLM is punctual. By obscuring the corresponding pixel, and possibly a few pixels close, we remove this point of intense lighting. The other pixels of the SLM are left in the traveling position, which allows a ray (4701) of other frequency to cross the SLM.
Toutefois, le SLM n'est pas un système 'parfait' en ce sens que dans la zone ou il est laissé transparent, il constitue en fait une 'grille', chaque pixel étant passant mais un certain espace obscurci étant laissé entre deux pixels. Cette grille diffracte les rayons la traversant, générant des rayons diffractés indésirables qui se superposent au faisceau utile. On a représenté en pointillé (4710) une direction possible de ce faisceau en sortie du SLM (4704). Une lentille (4705) permet à partir du faisceau ayant traversé (4704) de reformer un plan d'espace identique à celui dans lequel est placé (4700). Dans ce plan d'espace les rayons indésirables diffracté par (4704) se trouvent hors de l'image du diaphragme (4700). Un However, the SLM is not a 'perfect' system in that in the area where it is left transparent, it is in fact a 'grid', with each pixel passing but a certain obscured space being left between two pixels. This grid diffracts the rays passing through it, generating unwanted diffracted rays that are superimposed on the useful beam. Dotted (4710) is a possible direction of this beam at the output of the SLM (4704). A lens (4705) allows from the beam passed through (4704) to reform a space plane identical to that in which is placed (4700). In this space plane the unwanted rays diffracted by (4704) are outside the image of the diaphragm (4700). A
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diaphragme (4706) placé dans un plan d'espace et dont l'ouverture coïncide avec l'image de l'ouverture du diaphragme (4700) permet donc de supprimer ces rayons diffractés. diaphragm (4706) placed in a plane of space and whose opening coincides with the image of the aperture of the diaphragm (4700) thus makes it possible to suppress these diffracted rays.
Une dernière lentille (4708) permet de reformer un plan fréquence dans lequel est placé le CCD (4709). A last lens (4708) makes it possible to reform a frequency plane in which the CCD (4709) is placed.
8. 1.4. Obtention d'un échantillonnage régulier. 8. 1.4. Obtaining a regular sampling.
Dans le troisième mode de réalisation, les valeurs de ni,nj,nk obtenues à l'issue de l'opération 1 de l'étape 3 de la procédure d'imagerie décrite en 7.17.2 ne sont pas entières. Des entiers étant nécessaires dans la suite de l'algorithme, on prend pour chacune de ces valeurs l'entier le plus proche. Néanmoins, ceci constitue une approximation qui peut se traduire par des perturbations sur l'image tridimensionnelle générée. Dans le présent mode de réalisation, le système optique est prévu pour que lesdites valeurs de ni et nj soient pratiquement entières, c'est-à-dire pour qu'il y ait échantillonnage régulier suivant les axes ni et nj. L'échantillonnage suivant nk reste non régulier, néanmoins cette méthode réduit fortement les perturbations. In the third embodiment, the values of ni, nj, nk obtained at the end of step 1 of step 3 of the imaging procedure described in 7.17.2 are not integer. Since integers are necessary in the rest of the algorithm, we take for each of these values the nearest integer. Nevertheless, this is an approximation that can result in disturbances on the generated three-dimensional image. In the present embodiment, the optical system is provided so that said values of ni and nj are substantially integral, that is, for there to be regular sampling along the axes ni and nj. The following sampling nk remains non-regular, nevertheless this method strongly reduces the disturbances.
Une onde d'éclairage donnée produite par le système de déviation du faisceau produit d'une part un faisceau direct allant frapper un des capteurs et d'autre part un faisceau indicateur inverse allant frapper l'autre capteur. Réciproquement, un pixel donné d'un capteur peut être atteint par un faisceau direct produit par une onde d'éclairage ou par un faisceau indicateur inverse produit par une autre onde d'éclairage. A given light wave produced by the beam deflection system produces on the one hand a direct beam to hit one of the sensors and on the other hand a reverse indicator beam to hit the other sensor. Conversely, a given pixel of a sensor can be reached by a direct beam produced by a light wave or by an inverse indicator beam produced by another light wave.
Pour qu'il y ait échantillonnage régulier, chaque onde d'éclairage utilisée doit produire un faisceau direct et un faisceau inverse parvenant chacun au centre d'un pixel correspondant du CCD correspondant, les coordonnées du pixel atteint par le faisceau direct sur un CCD étant les mêmes que celles du pixel atteint par le faisceau indicateur inverse sur l'autre CCD. A chaque pixel du CCD qui se trouve dans la zone délimitée par l'ouverture des objectifs doivent correspondre deux faisceaux d'éclairage pour lesquels le pixel est atteint respectivement par le faisceau direct et le faisceau indicateur inverse. For regular sampling, each light wave used must produce a direct beam and an inverse beam each arriving at the center of a corresponding pixel of the corresponding CCD, the coordinates of the pixel reached by the direct beam on a CCD being the same as those of the pixel reached by the reverse indicator beam on the other CCD. At each pixel of the CCD which is in the area delimited by the aperture of the lenses must correspond two lighting beams for which the pixel is reached respectively by the direct beam and the reverse indicator beam.
La représentation fréquentielle obtenue sur le CCD peut être transformée de diverses manières du fait des imprécisions dans les caractéristiques du système. The frequency representation obtained on the CCD can be transformed in various ways due to inaccuracies in the characteristics of the system.
- par translation. Cette translation peut être compensée par des déplacements correspondants de miroirs. - by translation. This translation can be compensated by corresponding displacements of mirrors.
- par homothétie. Une variation de la distance focale de la lentille formant l'image sur le CCD se traduit par une homothétie sur cette image - par rotation. La partie du système comprenant les deu objectifs, consistant en l'ensemble (4460) de la Fig. 62, détaillé Fig. 63, si elle n'est pas parfaitement construite, entraîne une rotation de l'image produite sur le CCD. - by homothety. A change in the focal length of the lens forming the image on the CCD results in a homothety on this image - by rotation. The portion of the system comprising the two lenses, consisting of the assembly (4460) of FIG. 62, detailed in FIG. 63, if it is not perfectly constructed, causes a rotation of the image produced on the CCD.
Une homothétie appliquée à l'image produite sur le CCD invalide la correspondance exacte entre un pixel du CCD, qui est fixe, et les points d'impact du faisceau direct ou inversé, qui sont modifiés par l'homothétie. Pour éviter une telle homothétie, il est nécessaire de maîtriser avec précision la distance focale de la lentille formant l'image. Un système approprié permet le réglage de cette distance focale. A homothety applied to the image produced on the CCD invalidates the exact correspondence between a pixel of the CCD, which is fixed, and the points of impact of the direct or inverted beam, which are modified by the homothety. To avoid such a homothety, it is necessary to precisely control the focal length of the lens forming the image. An appropriate system allows the adjustment of this focal length.
La rotation produite par (4460) est appliquée seulement au faisceau direct. Elle peut être compensée par une rotation correspondante du CCD. Mais cette opération décale les pixels du CCD par The rotation produced by (4460) is applied only to the direct beam. It can be compensated by a corresponding rotation of the CCD. But this operation shifts the pixels of the CCD by
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rapport aux points d'impact du faisceau inverse. Il est donc nécessaire d'effectuer une rotation correspondante du faisceau indicateur inverse pour annuler cet écart. Un système approprié permet cette rotation. relation to the points of impact of the reverse beam. It is therefore necessary to perform a corresponding rotation of the reverse indicator beam to cancel this gap. An appropriate system allows this rotation.
8. 1.4.1. Réglage de la distance focale. 8. 1.4.1. Adjusting the focal length.
Pour obtenir un élément optique dont la distance focale soit ajustée avec précision autour d'une valeur centrale fc, on associe deux lentilles de distance focale/séparées par une distance d.
To obtain an optical element whose focal length is precisely adjusted around a central value fc, two lenses of focal length / separated by a distance d are associated.
La distance focale de l'ensemble est alors f, = f 2 1 - 1 d 2f Si on veut régler fc sur une largeur de ±1%, soit r=0,01, alors il faut avoir # = r avec à peu près fc = f/2. La valeur de d adoptée est donc: d = 4fcr
La valeur de f est alors f = /e + '\//e (/cl) Une ensemble de focale fc réglable à ±r est donc constitué de deux lentilles de focale/séparées par une distance d avec : d = 4fcr
La distance focale de l'ensemble est ajustée en faisant varier la distance d. The focal length of the set is then f, = f 2 1 - 1 d 2f If we want to set fc to a width of ± 1%, ie r = 0.01, then we must have # = r with approximately fc = f / 2. The adopted value of d is: d = 4fcr
The value of f is then f = / e + '\ // e (/ cl). A set of focal length fc adjustable to ± r is therefore composed of two focal lenses / separated by a distance d with: d = 4fcr
The focal length of the set is adjusted by varying the distance d.
De tels doublets sont utilisés en divers points du dispositifpour des raisons similaires. Such doublets are used at various points of the device for similar reasons.
8.1.4.2. Réslage en rotation. 8.1.4.2. Rotation resetting.
Pour régler en rotation un faisceau d'éclairage on utilise un dispositif décrit par la Fig. 69, inséré sur la trajectoire du faisceau d'éclairage dans une zone ou ce faisceau est parallèle et donc défini par son vecteur d'onde. To adjust in rotation a lighting beam is used a device described in FIG. 69, inserted on the path of the lighting beam in an area where this beam is parallel and therefore defined by its wave vector.
Ce dispositif est constitué d'un ensemble de miroirs (4901) à (4906). Les miroirs (4901) (4902) sont fixes. This device consists of a set of mirrors (4901) to (4906). Mirrors (4901) (4902) are fixed.
Les miroirs (4903) (4904) (4905) (4906) sont solidaires entre eux et l'ensemble (4910) constitué par ces miroirs est mobile en rotation autour d'un axe (4909). Les flèches représentées dans le plan de la figure représentent les vecteurs d'onde du faisceau en chaque point du dispositif. The mirrors (4903) (4904) (4905) (4906) are integral with each other and the assembly (4910) constituted by these mirrors is rotatable about an axis (4909). The arrows shown in the plane of the figure represent the wave vectors of the beam at each point of the device.
La transformation d'un vecteur d'onde par un miroir comporte une symétrisation vectorielle par rapport à un axe orthogonal au plan du miroir et une inversion du sens du vecteur. Le nombre de miroirs étant pair les inversions s'annulent et on s'intéresse içi à la partie symétrisation. Le couple de miroirs (4901) (4902) effectue deux symétrisations successives d'axes orthogonaux entre eux, ce qui équivaut à une symétrie unique d'axe (4907). De la même manière, le couple de miroirs (4903)(4904) effectue une symétrie The transformation of a wave vector by a mirror comprises a vector symmetry with respect to an axis orthogonal to the plane of the mirror and an inversion of the direction of the vector. The number of mirrors being even inversions cancel each other out and we are interested in the symmetrization part. The pair of mirrors (4901) (4902) performs two successive symmetrizations of orthogonal axes between them, which is equivalent to a single axis symmetry (4907). In the same way, the pair of mirrors (4903) (4904) performs a symmetry
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d'axe (4908). Les miroirs (4905) (4906) effectuent deux symétries vectorielles de même axe, qui s'annulent l'une l'autre. L'opération effectuée par l'ensemble du dispositif est donc la composée d'une symétrie vectorielle d'axe (4907) et d'une symétrie vectorielle d'axe (4908). La Fig.70 représente, en vue suivant A, les axes (4907) et (4908). Lorsque aucune rotation de (4910) n'a été effectuée, ces axes sont confondus et la composée des deux symétries est l'identité. Le vecteur d'onde du faisceau n'est pas modifié par le dispositif. of axis (4908). Mirrors (4905) (4906) perform two vector symmetries of the same axis, which cancel each other. The operation performed by the entire device is therefore composed of a vector symmetry axis (4907) and a vector symmetry axis (4908). Fig.70 shows, in a view along A, the axes (4907) and (4908). When no rotation of (4910) has been performed, these axes are merged and the compound of the two symmetries is the identity. The wave vector of the beam is not modified by the device.
Lorsque une rotation d'angle a est appliquée à l'ensemble (4910), les deux axes sont décalés d'un angle a comme indiqué sur la Fig. 70. La composition des deux symétries est alors une rotation vectorielle d'angle 2a. When a rotation of angle α is applied to the assembly (4910), the two axes are shifted by an angle α as shown in FIG. 70. The composition of the two symmetries is then a vector rotation of angle 2a.
Le système permet donc d'appliquer à une onde d'éclairage une rotation vectorielle compensant celle dûe à l'ensemble (4460). The system therefore makes it possible to apply to a lighting wave a vector rotation compensating for that due to the set (4460).
8. 2. Description physique. 8. 2. Physical description.
Un schéma d'ensemble du système est constitué par les Fig. 61,62,63. Sur ces figures, les éléments directement équivalents à des éléments correspondants des figures 27 et 28 sont numérotés en prenant le numéro de l'élément correspondant sur les figures 27 et 28 et en remplaçant les deux premiers chiffres par 43. Par exemple 2204 donne 4304. Les éléments n'ayant pas d'équivalents directs sur les figures 27 et 28 ont des numéros commençant par 44. Le plan des Fig. 61 et 62 est un plan horizontal, les figures constituant une vue de dessus. Les éléments du système sont fixés sur une table optique convenablement isolée des vibrations. La Fig. 63 représente en plusieurs vues la partie du microscope contenant les objectifs, qui constitue une structure tridimensionnelle. An overall scheme of the system is constituted by Figs. 61,62,63. In these figures, the elements directly equivalent to corresponding elements of Figures 27 and 28 are numbered by taking the number of the corresponding element in Figures 27 and 28 and replacing the first two digits by 43. For example 2204 gives 4304. The elements having no direct equivalents in FIGS. 27 and 28 have numbers beginning with 44. The plane of FIGS. 61 and 62 is a horizontal plane, the figures constituting a view from above. The elements of the system are fixed on an optical table suitably isolated from the vibrations. Fig. 63 shows in several views the portion of the microscope containing the objectives, which constitutes a three-dimensional structure.
Un laser (4300) polarisé dans le sens vertical génère un faisceau dont le vecteur champ électrique est donc dirigé selon un axe orthogonal au plan de la figure. Ce faisceau traverse un élargisseur de faisceau (4301). Le faisceau issu de l'élargisseur est ensuite divisé en faisceau de référence et faisceau d'éclairage par un miroir semi-transparent (4302). A laser (4300) polarized in the vertical direction generates a beam whose vector electric field is thus directed along an axis orthogonal to the plane of the figure. This beam passes through a beam expander (4301). The beam from the expander is then divided into a reference beam and illumination beam by a semi-transparent mirror (4302).
Le faisceau d'éclairage traverse un diaphragme (4348), un filtre (4303) permettant d'en ajuster l'intensité, puis un dispositifde décalage de phase (4304) et un dispositif d'atténuation de faisceau (4305). The illumination beam passes through a diaphragm (4348), a filter (4303) for adjusting its intensity, and then a phase shift device (4304) and a beam attenuator (4305).
Il traverse ensuite une lentille (4401). Cette lentille focalise le faisceau dans un plan ou est placé un trou (4402) ( pinhole en anglais) suffisamment large pour ne pas perturber le faisceau, qui a pour fonction d'arrêter en partie les faisceaux réfléchis revenant en sens inverse sur le laser. Le faisceau est ensuite réfléchi sur un des cotés d'un double miroir (4403). Les deux cotés réfléchissants de (4403) forment un angle droit. Le faisceau traverse ensuite une lentille (4404) dont le plan focal objet coïncide avec le plan focal image de (4401), puis se dirige vers un SLM de phase (4405). Le SLM de phase (4405) est placé au foyer image de (4404). Le faisceau réfléchi par (4405) retraverse (4404) et est réfléchi par la deuxième face du double miroir (4403). Le faisceau traverse alors un diaphragme (4406) placé au foyer image de (4404) pour le faisceau réfléchi par (4405), que l'on appellera second foyer image de (4404). Il traverse ensuite une lentille (4407) dont le foyer objet coïncide avec le foyer image de (4404). Le faisceau traverse ensuite un polariseur (4408) . Il est ensuite réfléchi sur un miroir (4409) placé un peu derrière le plan focal image de (4407). Il traverse ensuite un doublet de lentilles (4411)(4410) du type décrit en 8.1.4.1. Le plan focal objet It then passes through a lens (4401). This lens focuses the beam in a plane or is placed a hole (4402) (pinhole in English) large enough not to disturb the beam, whose function is to partially stop the reflected beams returning in the opposite direction on the laser. The beam is then reflected on one side of a double mirror (4403). The two reflective sides of (4403) form a right angle. The beam then passes through a lens (4404) whose object focal plane coincides with the image focal plane of (4401), then moves towards a phase SLM (4405). The phase SLM (4405) is placed at the image focus of (4404). The beam reflected by (4405) crosses (4404) and is reflected by the second face of the double mirror (4403). The beam then passes through a diaphragm (4406) placed at the image focus of (4404) for the beam reflected by (4405), which will be called the second image focus of (4404). It then passes through a lens (4407) whose object focus coincides with the image focus of (4404). The beam then passes through a polarizer (4408). It is then reflected on a mirror (4409) placed a little behind the image focal plane of (4407). It then passes through a doublet of lenses (4411) (4410) of the type described in 8.1.4.1. The object focal plane
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de ce doublet coïncide avec le plan focal image de (4407). Le SLM d'amplitude (4412) est placé dans le plan focal image de ce doublet. Le faisceau ayant traversé ce doublet se dirige vers (4412) qui le réfléchit. Il retraverse alors le doublet, puis traverse un polariseur (4413) et un diaphragme (4414) placé dans le second plan focal image du doublet (4410) (4411). Il traverse alors un doublet formé de (4415) et (4416). Le plan focal objet du doublet (4415) (4416) coïncide avec le plan focal image du doublet (4410)(4411). Il est alors dirigé vers le SLM d'amplitude (4417) qui le réfléchit. Il retraverse alors le doublet (4415) (4416). Il est réfléchi par un miroir (4418), traverse un diaphragme (4419) placé au second foyer image du doublet (4415) (4416), puis traverse un polariseur (4420) et une lentille (4421) dont le plan focal objet coïncide avec le second plan focal image du doublet (4415) (4416). Il parvient alors à un miroir semi-réfléchissant (4307) qui le sépare en un faisceau d'éclairage droit FED et un faisceau d'éclairage gauche FEG. of this doublet coincides with the image focal plane of (4407). The amplitude SLM (4412) is placed in the image focal plane of this doublet. The beam passed through this doublet goes towards (4412) which reflects it. It then crosses the doublet, then crosses a polarizer (4413) and a diaphragm (4414) placed in the second image focal plane of the doublet (4410) (4411). It then crosses a doublet formed of (4415) and (4416). The object focal plane of the doublet (4415) (4416) coincides with the image focal plane of the doublet (4410) (4411). It is then directed to the amplitude SLM (4417) which reflects it. He then crosses the doublet (4415) (4416). It is reflected by a mirror (4418), passes through a diaphragm (4419) placed at the second image center of the doublet (4415) (4416), then passes through a polarizer (4420) and a lens (4421) whose object focal plane coincides with the second image focal plane of the doublet (4415) (4416). He then achieves a semi-reflective mirror (4307) which separates it into a right-hand FED light beam and a left FEG light beam.
Le faisceau FEG est alors réfléchi par un miroir (4432) et traverse un doublet de lentilles (4433) (4434) qui peut, en fonction des conditions d'encombrement, se trouver avant ou après le miroir (4432). Le plan focal objet du doublet (4433) (4434) coïncide avec le plan focal image de (4421). Le faisceau est ensuite réfléchi par un miroir (4435) puis par un ensemble (4436) équivalent à l'ensemble (4910) de la Fig. 69, mobile autour d'un axe (4450) et constitué des miroirs (4446) (4447)(4448)(4449). Le faisceau traverse ensuite un extincteur de faisceau (4437). Cet extincteur de faisceau est construit comme l'atténuateur de faisceau décrit en 7.2.2. mais avec un angle # nul . Le faisceau traverse ensuite un rotateur de polarisation (4341) puis est séparé par le miroir semi-transparent (4325) en un faisceau d'éclairage principal dirigé vers (4324), que l'on notera encore FEG, et un faisceau indicateur inverse dirigé vers (4342), que l'on notera FEGI. Le doublet (4433) (4434) a donc deux plans focaux image, l'un dans la direction du faisceau principal et l'autre dans la direction du faisceau indicateur inverse. The beam FEG is then reflected by a mirror (4432) and passes through a doublet of lenses (4433) (4434) which can, depending on the congestion conditions, be before or after the mirror (4432). The object focal plane of the doublet (4433) (4434) coincides with the image focal plane of (4421). The beam is then reflected by a mirror (4435) and an assembly (4436) equivalent to the assembly (4910) of FIG. 69, movable about an axis (4450) and constituted mirrors (4446) (4447) (4448) (4449). The beam then passes through a beam extinguisher (4437). This beam extinguisher is constructed as the beam attenuator described in 7.2.2. but with a # null angle. The beam then passes through a polarization rotator (4341) and is separated by the semitransparent mirror (4325) into a main illumination beam directed toward (4324), which will still be noted FEG, and a directed reverse indicator beam. to (4342), which will be noted FEGI. The doublet (4433) (4434) thus has two image focal planes, one in the direction of the main beam and the other in the direction of the reverse indicator beam.
La lentille (4324) est placée en avant du plan focal image du doublet (4433) (4434) de sorte que le plan focal image de ce doublet dans la direction du faisceau principal reste virtuel. La lentille (4324) forme une image de ce plan focal, et cette image doit être dans le plan du diaphragme (4323). The lens (4324) is placed in front of the image focal plane of the doublet (4433) (4434) so that the image focal plane of this doublet in the direction of the main beam remains virtual. The lens (4324) forms an image of this focal plane, and this image must be in the plane of the diaphragm (4323).
Le plan focal image de ce doublet dans la direction du faisceau FEGI coïncide avec le plan focal objet d'une lentille (4342). Le faisceau FEGI traverse cette lentille qui le focalise sur un miroir (4343) pouvant optionellement être obturé par un obturateur (4359). Le faisceau réfléchi par ce miroir retraverse la lentille (4342) puis est à nouveau réfléchi par (4325). Le faisceau FEGI traverse alors un rotateur de polarisation (4326) puis un polariseur (4438). Il est alors réfléchi par une face du double miroir (4439). Il traverse alors le doublet (4440)(4441) et se dirige vers le SLM d'amplitude (4442). Le plan focal objet du doublet (4440) (4441) doit être confondu avec un plan focal image du doublet (4433) (4434). Le SLM d'amplitude (4442) est placé dans le plan focal image du doublet (4440) (4441). Le faisceau réfléchi par le SLM (4442) retraverse le doublet (4440) (4441), est réfléchi par la seconde face de (4439), et se dirige vers un diaphragme (4443) placé dans le second plan focal image du doublet (4440)(4441). Le faisceau traverse (4443) puis un doublet (4444) (4445), un polariseur (4353), et parvient au CCD (4329) monté sur la caméra (4330). Le plan focal objet de (4444) (4445) coïncide avec le second plan focal image du doublet (4440) (4441). Le CCD (4329) est placé dans le plan focal image de (4444)(4445). The image focal plane of this doublet in the FEGI beam direction coincides with the object focal plane of a lens (4342). The beam FEGI passes through this lens which focuses it on a mirror (4343) which can optionally be closed by a shutter (4359). The beam reflected by this mirror crosses the lens (4342) and is reflected again by (4325). The beam FEGI then crosses a polarization rotator (4326) then a polarizer (4438). It is then reflected by one side of the double mirror (4439). It then crosses the doublet (4440) (4441) and moves towards the amplitude SLM (4442). The object focal plane of the doublet (4440) (4441) must be confused with an image focal plane of the doublet (4433) (4434). The amplitude SLM (4442) is placed in the image focal plane of the doublet (4440) (4441). The beam reflected by the SLM (4442) crosses the doublet (4440) (4441), is reflected by the second face of (4439), and points to a diaphragm (4443) placed in the second image focal plane of the doublet (4440). ) (4441). The beam passes through (4443) then a doublet (4444) (4445), a polarizer (4353), and reaches the CCD (4329) mounted on the camera (4330). The object focal plane of (4444) (4445) coincides with the second image focal plane of the doublet (4440) (4441). The CCD (4329) is placed in the image focal plane of (4444) (4445).
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Le faisceau FEG traverse la lentille (4324) et le diaphragme (4323). Il est alors successivement réfléchi par les miroirs (4322) (4451)(4452)(4453). Il traverse l'objectif (4319) puis l'échantillon (4318), puis l'objectif (4317). Il est alors successivement réfléchi par les miroirs (4454) (4455)(4456)(4314) et parvient au diaphragme (4313). Le diaphragme (4323) doit être placé dans le plan ou l'objectif (4319) forme normalement l'image de l'échantillon, soit à 160 mm du col de l'objectifpour un objectif standard. The FEG beam passes through the lens (4324) and the diaphragm (4323). It is then successively reflected by the mirrors (4322) (4451) (4452) (4453). It crosses the objective (4319) then the sample (4318), then the objective (4317). It is then successively reflected by the mirrors (4454) (4455) (4456) (4314) and reaches the diaphragm (4313). The diaphragm (4323) must be placed in the plane, or the objective (4319) normally forms the image of the sample, ie 160 mm from the neck of the lens for a standard lens.
Le diaphragme (4313) doit être placé dans le plan ou l'objectif (4317) forme normalement l'image de l'échantillon. The diaphragm (4313) must be placed in the plane or the objective (4317) normally forms the image of the sample.
Le faisceau FEG traverse alors la lentille (4312) qui est placée de telle manière que, dans le cas ou une lame transparente est utilisée (abscence de perturbations par l'objet), et en sortie de cette lentille, le faisceau soit parallèle. Le faisceau traverse alors le rotateur de polarisation (4338), le polariseur (4423), est réfléchi sur une face de (4424), traverse le doublet (4425) (4426), est réfléchi sur le SLM d'amplitude (4427), retraverse le doublet (4425) (4426), est réfléchi sur la deuxième face de (4424), traverse le diaphragme (4428), le doublet (4429) (4430), le polariseur (4352), et parvient au CCD (4339) monté sur la caméra (4384). L'image du diaphragme (4313) par la lentille (4312) est confondue avec le plan focal objet du doublet (4425) (4426). Le SLM (4427) est dans le plan focal image du doublet (4425) (4426). Le diaphragme (4428) est dans le second plan focal image du doublet (4425) (4426). Le plan focal objet du doublet (4430) (4429) coïncide avec le second plan focal image du doublet (4425)(4426).Le CCD (4339) est placé dans le plan focal image du doublet (4430)(4429). The beam FEG then passes through the lens (4312) which is placed in such a way that, in the case where a transparent plate is used (absence of disturbances by the object), and at the exit of this lens, the beam is parallel. The beam then passes through the polarization rotator (4338), the polarizer (4423) is reflected on a face of (4424), passes through the doublet (4425) (4426), is reflected on the amplitude SLM (4427), crosses the doublet (4425) (4426), is reflected on the second face of (4424), crosses the diaphragm (4428), the doublet (4429) (4430), the polarizer (4352), and reaches the CCD (4339) mounted on the camera (4384). The image of the diaphragm (4313) by the lens (4312) coincides with the object focal plane of the doublet (4425) (4426). The SLM (4427) is in the image focal plane of the doublet (4425) (4426). The diaphragm (4428) is in the second image focal plane of the doublet (4425) (4426). The object focal plane of the doublet (4430) (4429) coincides with the second image focal plane of the doublet (4425) (4426). The CCD (4339) is placed in the image focal plane of the doublet (4430) (4429).
Le faisceau d'éclairage droit FED traverse une lentille (4431) et est réfléchi par un miroir (4308). The right illumination beam FED passes through a lens (4431) and is reflected by a mirror (4308).
En fonction des conditions d'encombrement la position de la lentille et du miroir peut être inversée. Le faisceau FED traverse ensuite l'extincteur de faisceau (4422) identique à (4437), puis le rotateur de polarisation (4310). Il est séparé par un miroir semi-transparent (4311) en un faisceau d'éclairage principal que l'on notera encore FED et un faisceau indicateur inverse que l'on notera FEDI. Depending on the congestion conditions, the position of the lens and the mirror can be reversed. The FED beam then passes through the beam extinguisher (4422) identical to (4437) and then the polarization rotator (4310). It is separated by a semi-transparent mirror (4311) into a main lighting beam that will still be noted FED and a reverse indicator beam that will be noted FEDI.
Le faisceau FEDI traverse ensuite la lentille (4331), est réfléchi par le miroir (4332), retraverse (4331), est réfléchi en direction de (4338) par le miroir semi-transparent (4311). (4332) peut optionellement être obturé par l'obturateur (4358). (4332) est dans un plan focal de (4331), et l'autre plan focal de (4331) coïncide avec l'image de (4313) par (4312). Le faisceau FEDI suit ensuite entre (4311) et (4339) un parcours symétrique de celui suivi par le faisceau FEGI entre (4325) et (4329). The FEDI beam then passes through the lens (4331), is reflected by the mirror (4332), crosses (4331), is reflected in the direction of (4338) by the semi-transparent mirror (4311). (4332) can optionally be closed by the shutter (4358). (4332) is in a focal plane of (4331), and the other focal plane of (4331) coincides with the image of (4313) by (4312). The FEDI beam then follows (4311) and (4339) a path symmetrical to that followed by the FEGI beam between (4325) and (4329).
Le faisceau d'éclairage principal FED suit entre (4311) et (4329) un parcours symétrique de celui suivi par le faisceau d'éclairage principal FEG entre (4325) et (4339). The main illumination beam FED follows (4311) to (4329) a path symmetrical to that followed by the main illumination beam FEG between (4325) and (4339).
Le faisceau de référence, séparé du faisceau d'éclairage par le miroir partiellement transparent (4302), est séparé en faisceau de référence droit FRD et faisceau de référence gauche FRG par le miroir semi-transparent (4335). The reference beam, separated from the illumination beam by the partially transparent mirror (4302), is separated into a right reference beam FRD and a left reference beam FRG by the semi-transparent mirror (4335).
Le faisceau de référence droit FRD est ensuite réfléchi par le miroir (4344), puis traverse le filtre (4356) et le diaphragme (4349). Il est ensuite séparé par le miroir semi-transparent (4345) en un faisceau de référence dirigé vers le CCD (4339), que l'on notera encore FRD, et un faisceau indicateur inverse que l'on notera FRDI. Le faisceau FRDI traverse la lentille (4346), est focalisé sur le miroir (4347) qui le réfléchit, The right reference beam FRD is then reflected by the mirror (4344), then passes through the filter (4356) and the diaphragm (4349). It is then separated by the semi-transparent mirror (4345) into a reference beam directed towards the CCD (4339), which will still be noted FRD, and a reverse indicator beam that will be noted FRDI. The FRDI beam passes through the lens (4346), is focused on the mirror (4347) which reflects it,
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retraverse la lentille (4346) et est partiellement réfléchi en direction de (4430). L'obturateur (4357) permet optionellement de supprimer ce faisceau indicateur inverse. crosses the lens (4346) and is partially reflected back to (4430). The shutter (4357) optionally allows the removal of this reverse indicator beam.
Le faisceau de référence gauche FRG est réfléchi par les miroirs (4354) (4336) puis traverse un filtre (4355), un dispositif de décalage de phase (4351), un diaphragme (4350). Il est alors séparé par le miroir semi-transparent (4328) et un faisceau de référence dirigé vers (4329), que l'on notera encore FRG, et un faisceau indicateur inverse que l'on notera FRGI. Le faisceau FRGI traverse la lentille (4381), est focalisé sur le miroir (4382) qui le réfléchit, retraverse en sens inverse (4381), et est partiellement réfléchi par (4328). L'obturateur (4360) permet optionellement de supprimer ce faisceau indicateur inverse. The left reference beam FRG is reflected by the mirrors (4354) (4336) and then passes through a filter (4355), a phase shifter (4351), a diaphragm (4350). It is then separated by the semi-transparent mirror (4328) and a reference beam directed towards (4329), which will still be noted FRG, and a reverse indicator beam that will be noted FRGI. The FRGI beam passes through the lens (4381), is focused on the mirror (4382) which reflects it, crosses in the opposite direction (4381), and is partially reflected by (4328). The shutter (4360) optionally allows the removal of this reverse indicator beam.
Pour aider à la compréhension du schéma le faisceau d'éclairage a été représenté en traits pleins. Il passe alternativement par des plans de fréquence et des plans d'espace, au sens défini en 8.1.1. Dans un plan de fréquence, le faisceau est concentré en un point. Dans un plan d'espace, il est parallèle et 'centré', au sens il éclaire une zone circulaire symétrique par rapport à l'axe optique, ne dépendant pas de son orientation. La lettre (E) adjointe au numéro d'un élément signifie que cet élément est dans un plan d'espace. En l'abscence d'élément optique, la lettre (E) seule peut également désigner un plan d'espace. De même la lettre (F ) désigne un plan de fréquence. On a mis une lettre (E) sur le diaphragme (4313), bien que ce diaphragme ne soit pas exactement un plan d'espace : l'image de ce diaphragme par la lentille (4312) qui est un plan d'espace virtuel et qui doit être compris comme désigné par la lettre E. De même. le diaphragme (4323) ne correspond pas exactement à un plan d'espace. To help understanding the scheme the lighting beam has been shown in solid lines. It alternates between frequency planes and space planes, as defined in 8.1.1. In a frequency plane, the beam is focused at one point. In a space plane, it is parallel and 'centered', in the sense it illuminates a circular area symmetrical with respect to the optical axis, not depending on its orientation. The letter (E) associated with the number of an element means that this element is in a space plane. In the absence of an optical element, the letter (E) alone can also designate a space plane. Similarly, the letter (F) designates a frequency plan. A letter (E) has been placed on the diaphragm (4313), although this diaphragm is not exactly a plane of space: the image of this diaphragm by the lens (4312) which is a virtual space plane and which must be understood as designated by the letter E. Similarly. the diaphragm (4323) does not exactly correspond to a space plane.
Inversement, le faisceau de référence a été représenté en traits pointillés. Le faisceau de référence est concentré en un point dans les plans d'espace. Il est parallèle et centré dans les plans de fréquence. Conversely, the reference beam has been shown in dashed lines. The reference beam is concentrated at one point in the space planes. It is parallel and centered in the frequency planes.
Les plans d'espace et de fréquence alternent sur la trajectoire du faisceau. Un plan d'espace et un plan de fréquence successifs sont toujours séparés par une lentille ou un doublet. Leur succession suit la logique exposée en 8.1. Un plan d'espace et un plan de fréquence séparés par une lentille (ou un doublet) occupent toujours deux plans focaux de cette lentille (ou de ce doublet). The space and frequency planes alternate on the path of the beam. A space plane and a successive frequency plan are always separated by a lens or a doublet. Their succession follows the logic outlined in 8.1. A space plane and a frequency plane separated by a lens (or a doublet) always occupy two focal planes of this lens (or doublet).
Le dispositif de déviation du faisceau dont le principe a été décrit en 8. 1.2. est mis en oeuvre par des éléments correspondant à ceux de la Fig. 65. Les SLM (4612) et (4614) sont respectivement matérialisés par les SLM (4405) et (4412). Le diaphragme (4615) est matérialisé par (4406). Le dispositif a été adapté pour tenir compte du fait que les SLM fonctionnent en réflexion, pour inclure les polariseurs, et pour positionner le diaphragme (4406) dans un plan différent du SLM (4412). Le SLM (4417) a été rajouté pour effectuer un filtrage supplémentaire de l'onde d'éclairage, améliorant ainsi la suppression des fréquences parasites. The beam deflection device whose principle has been described in 8. 1.2. is implemented by elements corresponding to those of FIG. 65. The SLMs (4612) and (4614) are respectively materialized by the SLMs (4405) and (4412). The diaphragm (4615) is materialized by (4406). The device has been adapted to take into account that the SLMs operate in reflection, to include the polarizers, and to position the diaphragm (4406) in a different plane of the SLM (4412). The SLM (4417) has been added to further filter the illumination wave, improving the suppression of spurious frequencies.
Le dispositif de suppression de l'onde directe décrit en 8.1.3. est mis en oeuvre par des éléments correspondant à ceux de la Fig. 66. Le SLM (4704) correspond au SLM (4427). Les diaphragmes (4700) et (4706) correspondent respectivement à (4313) et (4428). Le CCD (4709) correspond à (4339). La lentille (4703) correspond au doublet (4425) (4426). La lentille (4705) correspond au même doublet traversé en sens inverse. La lentille (4708) correspond au doublet (4430) (4429). Des correspondances symétriques sont valables pour la partie symétrique du microscope. The direct wave suppressor described in 8.1.3. is implemented by elements corresponding to those of FIG. 66. The SLM (4704) corresponds to the SLM (4427). The diaphragms (4700) and (4706) correspond respectively to (4313) and (4428). The CCD (4709) corresponds to (4339). The lens (4703) corresponds to the doublet (4425) (4426). The lens (4705) corresponds to the same doublet crossed in the opposite direction. The lens (4708) corresponds to the doublet (4430) (4429). Symmetrical correspondences are valid for the symmetrical part of the microscope.
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Les doublets utilisés permettent une application du principe décrit en 8.1.4.1. Ils sont constitués de deux lentilles qui peuvent être déplacées conjointement, une des lentilles pouvant également être déplacée par rapport à l'autre. The doublets used allow an application of the principle described in 8.1.4.1. They consist of two lenses that can be moved together, one of the lenses can also be moved relative to each other.
Le système constitué par (4436) réalise le principe décrit en 8.1.4.2. The system constituted by (4436) realizes the principle described in 8.1.4.2.
Sur chaque polariseur, l'axe passant est indiqué par un trait, représentant un axe dans le plan de la figure, ou un rond, représentant un axe dans un plan orthogonal au plan de la figure. On each polarizer, the passing axis is indicated by a line, representing an axis in the plane of the figure, or a circle, representing an axis in a plane orthogonal to the plane of the figure.
Sur chaque SLM, un repère est représenté qui constitue celui dans lequel les coordonnées des pixels sont évaluées. Sur chaque SLM d'amplitude, on a représenté en plus la position de l'axe neutre qui correspond à une extinction du faisceau, avec la même convention que pour l'axe passant des polariseurs. On each SLM, a mark is represented which constitutes the one in which the coordinates of the pixels are evaluated. On each amplitude SLM, the position of the neutral axis corresponding to an extinction of the beam is also represented, with the same convention as for the passing axis of the polarizers.
L'autre position possible de l'axe neutre est obtenue à partir de la position d'extinction par une rotation d'environ 40 degrés dans un sens ou un autre. Sur le SLM de phase (4405) les deux positions de l'axe neutre sont symétriques par rapport à un axe vertical. The other possible position of the neutral axis is obtained from the extinction position by a rotation of about 40 degrees in one direction or another. On the SLM phase (4405) the two positions of the neutral axis are symmetrical with respect to a vertical axis.
Sur les rotateurs de polarisation, on a indiqué un repère. Une position de l'axe neutre, correspondant à une tension appliquée de-5V, est l'axe horizontal du repère. Dans l'autre position, l'axe neutre est approximativement dirigé suivant un vecteur de coordonnées égales sur les deux axes. On the polarization rotators, a marker has been indicated. A position of the neutral axis, corresponding to an applied voltage of -5V, is the horizontal axis of the marker. In the other position, the neutral axis is approximately directed along a vector of equal coordinates on both axes.
Les polariseurs (4408) (4413)(4420) peuvent être des prismes de Glan-Thomson, qui présentent l'avantage d'une faible absorption. Ils entraînent toutefois une aberration sphérique trop importante pour être utilisés sur le chemin de l'onde issue de l'objet. Les polariseurs (4423) (4352) (4438) (4353) sont de préférence des polariseurs dichroïques constitués d'un film dichroïque maintenu entre deux plaques de verre suffisamment fines. The polarizers (4408) (4413) (4420) may be Glan-Thomson prisms, which have the advantage of low absorption. They cause however a spherical aberration too important to be used on the path of the wave coming from the object. The polarizers (4423) (4352) (4438) (4353) are preferably dichroic polarizers consisting of a dichroic film held between two sufficiently thin glass plates.
L'ensemble des lentilles utilisées dans le système sont des achromats ou des lentilles composées, minimisant l'aberration sphérique. All lenses used in the system are achromats or compound lenses, minimizing spherical aberration.
La plupart des éléments sont montés sur des positionneurs permettant un réglage précis de leur position. Les caractéristiques de ces positionneurs seront indiquées en 8.5. en même temps que la procédure de réglage. L'échantillon, dont les caractéristiques de positionnement ne sont pas explicitées en 8. 5., est monté sur un positionneur trois axes en translation. Most elements are mounted on positioners allowing a precise adjustment of their position. The characteristics of these positioners will be indicated in 8.5. at the same time as the setting procedure. The sample, whose positioning characteristics are not explained in 8. 5., is mounted on a three-axis positioner in translation.
8. 3. Dimensionnement
Il est nécessaire de préciser la distance focale de chaque lentille et l'ouverture de chaque diaphragme pour dimensionner le système. Pour les doublets on précisera la distance focale du doublet. f, désigne la distance focale de la lentille (ou du doublet) numéro i, les lentilles étant numérotées comme suit:
8. 3. Dimensioning
It is necessary to specify the focal length of each lens and the aperture of each diaphragm to size the system. For doublets we will specify the focal length of the doublet. f, denotes the focal length of the lens (or doublet) number i, the lenses being numbered as follows:
<tb>
<tb> indice <SEP> i <SEP> numéro <SEP> de <SEP> la <SEP> lentille <SEP> sur <SEP> le <SEP> schéma, <SEP> ou <SEP> , <SEP> entre
<tb> parenthèses, <SEP> des <SEP> deux <SEP> lentilles <SEP> constituant <SEP> un <SEP> doublet
<tb> 1 <SEP> 4401 <SEP>
<tb> 2 <SEP> 4404 <SEP>
<tb> 3 <SEP> 4407 <SEP>
<tb> <Tb>
<tb> index <SEP> i <SEP> number <SEP> of <SEP> the <SEP> lens <SEP> on <SEP> the <SEP> scheme, <SEP> or <SEP>, <SEP> between
<tb> parentheses, <SEP> of <SEP> two <SEP> lenses <SEP> constituting <SEP> a <SEP> doublet
<tb> 1 <SEP> 4401 <SEP>
<tb> 2 <SEP> 4404 <SEP>
<tb> 3 <SEP> 4407 <SEP>
<Tb>
<Desc/Clms Page number 169> <Desc / Clms Page number 169>
<tb>
<tb> 4 <SEP> (4410,4411)
<tb> 5 <SEP> (4415,4416) <SEP>
<tb> 6 <SEP> 4421 <SEP>
<tb> 7 <SEP> 4431 <SEP> ou <SEP> (4433,4434)
<tb> 8 <SEP> (4425,4426) <SEP> ou <SEP> (4440,4441)
<tb> 9 <SEP> (4430,4429) <SEP> ou <SEP> (4444,4445)
<tb> 10 <SEP> 4312 <SEP> ou <SEP> 4324
<tb> 11 <SEP> 4331 <SEP> ou <SEP> 4342
<tb> 12 <SEP> 4346 <SEP> ou <SEP> 4381
<tb>
li désigne la largeur du diaphragme numéro i, les diaphragmes étant numérotés comme suit:
<Tb>
<tb> 4 <SEP> (4410,4411)
<tb> 5 <SEP> (4415,4416) <SEP>
<tb> 6 <SEP> 4421 <SEP>
<tb> 7 <SEP> 4431 <SEP> or <SEP> (4433,4434)
<tb> 8 <SEP> (4425,4426) <SEP> or <SEP> (4440,4441)
<tb> 9 <SEP> (4430,4429) <SEP> or <SEP> (4444,4445)
<tb> 10 <SEP> 4312 <SEP> or <SEP> 4324
<tb> 11 <SEP> 4331 <SEP> or <SEP> 4342
<tb> 12 <SEP> 4346 <SEP> or <SEP> 4381
<Tb>
li is the width of the diaphragm number i, the diaphragms being numbered as follows:
<tb>
<tb> indice <SEP> / <SEP> numéro <SEP> du <SEP> diaphragme <SEP> sur <SEP> le <SEP> schéma
<tb> 0 <SEP> 4349 <SEP> ou <SEP> 4350
<tb> 1 <SEP> 4348 <SEP>
<tb> 2 <SEP> 4406 <SEP>
<tb> 3 <SEP> 4414 <SEP>
<tb> 4 <SEP> 4419 <SEP>
<tb> 5 <SEP> 4313 <SEP> ou <SEP> 4323
<tb> 6 <SEP> 4428 <SEP> ou <SEP> 4443
<tb>
En outre on adopte les notations suivantes: pc distance entre les centres de deux pixels adjacents, sur les capteurs CCD pc distance entre les centres de deux pixels adjacents, sur le SLM de phase pf distance entre les centres de deux pixels adjacents, sur les SLM d'amplitude
Npix nombre de pixels sur un capteur CCD ou sur un SLM d'amplitude (ces nombres sont égaux). <Tb>
<tb> index <SEP> / <SEP> number <SEP> of the <SEP> diaphragm <SEP> on <SEP> the <SEP> schema
<tb> 0 <SEP> 4349 <SEP> or <SEP> 4350
<tb> 1 <SEP> 4348 <SEP>
<tb> 2 <SEP> 4406 <SEP>
<tb> 3 <SEP> 4414 <SEP>
<tb> 4 <SEP> 4419 <SEP>
<tb> 5 <SEP> 4313 <SEP> or <SEP> 4323
<tb> 6 <SEP> 4428 <SEP> or <SEP> 4443
<Tb>
In addition we adopt the following notations: pc distance between the centers of two adjacent pixels, on the CCD sensors pc distance between the centers of two adjacent pixels, on the SLM phase pf distance between the centers of two adjacent pixels, on the SLM amplitude
Npix number of pixels on a CCD sensor or an amplitude SLM (these numbers are equal).
Ns nombre de pixels sur le SLM de phase. Idéalement on devrait avoir Ns = 2Npix mais les SLM ne sont pas disponibles en n'importe quelle taille et on peut aussi se contenter de Ns = Npix moyennant une atténuation supplémentaire du faisceau d'éclairage. o: ouverture numérique d'un objectif de microscope g : grandissement d'un objectif de microscope f0: distance focale d'un objectif de microscope. d0: distance entre la lentille (4312) et le diaphragme (4313). Ns number of pixels on the phase SLM. Ideally we should have Ns = 2Npix but the SLM are not available in any size and we can also be satisfied with Ns = Npix with additional attenuation of the lighting beam. o: numerical aperture of a microscope objective g: magnification of a microscope objective f0: focal length of a microscope objective. d0: distance between the lens (4312) and the diaphragm (4313).
La largeur du faisceau de référence doit être au minimum de: l0 = pcNpix The width of the reference beam must be at least: l0 = pcNpix
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f2 f2~PsNs
La largeur d'illumination sur (4405) est: psNs = 'f-2 l1, d'ou on tire: 'f2 ~ ## f1 f1 l1 f2~psNs Pour éviter une perte de puissance inutile il est préférable d'avoir l0 = l1 et donc f2 = psNs f1 pcNpix La largeur du diaphragme (4406), qui laisse passer la moitié des fréquences provenant du SLM (4405) sous
un angle a max est : l2 = f2 sin max soit avec la valeur de sin max qui résulte de 8.1.2. , l2 = f2 - La partie utile du SLM (4412) doit être l'image du diaphragme (4406) ce qui implique: f4/f3l2 = pf Npix
A partir des deux équations précédentes on obtient: f3 f2 = 2S p f Np, L'onde issue de (4412) présente un angle maximal sin,l3m = 2 . Le diaphragme (4414) doit laisser 2p passer la totalité de ces ondes et vérifie donc : 13 = 2 sin/?max/4 soit 13 = f4 -
Pf La largeur du diaphragme (4419) est égale à celle du diaphragme (4413) Soit 14 = l3 Sa largeur est transformée en la largeur du diaphragme objet (4312) par : l5 = f7/f@ l3 f6 La largeur du diaphragme objet (4312) vaut: l5 #/2 g/0 N pix
Des équations précédentes on tire: f4 L7 = 2 ô p f N p f6 2 0 La taille d'image sur le SLM (4427) doit être la même que sur le SLM (4417) d'ou: f6/f f8/f = 1 f5 f7
La taille d'image sur la caméra est liée à celle sur le SLM (4427) par: PeN plX = f9 PIN plX soit: f9 = -f~ f8 f8 pf Les SLM (4412 et (4417) étant de mêmes caractéristiques, on a: f4 = f5 La lentille (4312) doit avoir son plan focal objet confondu avec le plan focal image de l'objectif de microscope, et se trouve à une distance do de l'image de l'objectif. On vérifie que ceci implique: f10 = gf0 + d0 La distance focale de (4331) ou de (4346) doit être suffisante pour éviter l'aberration sphérique. f2 f2 ~ PsNs
The illumination width on (4405) is: psNs = 'f-2 l1, from which one draws:' f2 ~ ## f1 f1 l1 f2 ~ psNs To avoid a loss of unnecessary power it is better to have l0 = l1 and thus f2 = psNs f1 pcNpix The width of the diaphragm (4406), which lets half of the frequencies coming from the SLM (4405) under
an angle a max is: l2 = f2 sin max or with the value of sin max which results from 8.1.2. , l2 = f2 - The useful part of the SLM (4412) must be the image of the diaphragm (4406) which implies: f4 / f3l2 = pf Npix
From the two previous equations we obtain: f3 f2 = 2S pf Np, The wave resulting from (4412) has a maximum angle sin, l3m = 2. The diaphragm (4414) must let 2p pass all of these waves and thus check: 13 = 2 sin /? Max / 4 = 13 = f4 -
Pf The width of the diaphragm (4419) is equal to that of the diaphragm (4413) Either 14 = 13 Its width is transformed into the width of the object diaphragm (4312) by: 15 = f7 / f @ l3 f6 The width of the diaphragm object ( 4312) is worth: l5 # / 2 g / 0 N pix
From the previous equations we draw: f4 L7 = 2 pf N p f6 2 0 The image size on the SLM (4427) should be the same as on the SLM (4417) of where: f6 / f f8 / f = 1 f5 f7
The image size on the camera is linked to that on the SLM (4427) by: PeN plX = f9 PIN plX ie: f9 = -f ~ f8 f8 pf The SLMs (4412 and (4417) having the same characteristics, a: f4 = f5 The lens (4312) must have its object focal plane coincident with the image focal plane of the microscope objective, and is at a distance do from the image of the objective. : f10 = gf0 + d0 The focal length of (4331) or (4346) must be sufficient to avoid spherical aberration.
Tout ensemble de valeurs satisfaisant aux équations ci-dessus peut en principe convenir. Une solution particulièrement simple consiste à poser: f = pfNpix g
2 o et à imposer:
f2 - f4 = /5 = f6 = f7 = f8 - fli = f12 - f Any set of values satisfying the above equations may in principle be suitable. A particularly simple solution is to ask: f = pfNpix g
2 o and to impose:
f2 - f4 = / 5 = f6 = f7 = f8 - fli = f12 - f
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On obtient alors facilement les autres distances focales:
13 = K 1 O 1PS f1 = pcNpixf
PS NS f9 = pcf
Pf f10 = gf0 + d0 et les ouvertures de diaphragmes:
10 =15 =13 =14 =2-;;NpIX 12 = f - l0 = l1 = pcNpix La largeur du faisceau en sortie de l'élargisseur de faisceau (4301) doit être légèrement supérieure à l0, la limitation étant effectuée plus loin par les diaphragmes. The other focal lengths are then easily obtained:
13 = K 1 O 1 PS f1 = pcNpixf
PS NS f9 = pcf
Pf f10 = gf0 + d0 and the openings of diaphragms:
10 = 15 = 13 = 14 = 2 - ;; NpIX 12 = f - l0 = l1 = pcNpix The width of the beam at the output of the beam expander (4301) should be slightly greater than 10, the limitation being carried out further by the diaphragms.
8. 4.Mode de fonctionnement
Le mode de fonctionnement est essentiellement le même que dans le troisième mode de réalisation. 8. 4. Operating mode
The mode of operation is essentially the same as in the third embodiment.
Il est donc décrit par les paragraphes 7.4. à 7.17. et par les variantes exposées en 7. 18. Un certain nombres de différences doivent cependant être notées:
8. 4.1. Commande du déviateur de faisceau
L'état du SLM (4405) est donné par un tableau de commande A[k,l] dans lequel k et l varient de 0
à Ns -1, l'élément 4[,/] correspondant au pixel de coordonnées k, et ayant la valeur 0 pour un pixel de phase négative et la valeur 1 pour un pixel de phase positive. L'état des SLM (4412) et (4417) est donné par un tableau de commande B[k, l] dans lequel k et 1 varient de 0 à Npix - 1 , l'élément B[k,l] correspondant au pixel de coordonnées k, l et ayant la valeur 0 pour un pixel éteint et la valeur 1 pour un pixel allumé. It is therefore described by paragraphs 7.4. at 7.17. and by the variants exposed in 7. 18. A certain number of differences must however be noted:
8. 4.1. Beam Diverter Control
The state of the SLM (4405) is given by a control panel A [k, l] where k and l vary from 0
at Ns -1, the element 4 [, /] corresponding to the coordinate pixel k, and having the value 0 for a negative phase pixel and the value 1 for a positive phase pixel. The state of the SLMs (4412) and (4417) is given by a control panel B [k, l] in which k and 1 vary from 0 to Npix-1, the element B [k, l] corresponding to the pixel of coordinates k, l and having the value 0 for a pixel off and the value 1 for a pixel lit.
Pour obtenir une fréquence caractérisée par les indices (i,j): - on allume le pixel de coordonnées i,j sur les SLM (4412) et (4417) c'est-à-dire qu'on utilise un tableau
avec B,) [k, 1] = 0 en tout point sauf en i,j ou on a BI) [i, j] = 1 - on applique au SLM (4405) un tableau A, approprié, soit : A, [k, 1] = E 1 ki + 1)+1(1 + 1 I-/.2j
Npix ou E désigne la partie entière et %2 signifie modulo 2. To obtain a frequency characterized by the indices (i, j): - the pixel of coordinates i, j is illuminated on the SLMs (4412) and (4417) that is to say that a table is used
with B,) [k, 1] = 0 at all points except i, j where we have BI) [i, j] = 1 - we apply to SLM (4405) an appropriate array A, namely: A, [ k, 1] = E 1 ki + 1) +1 (1 + 1 I - / 2j
Npix or E denotes the integer part and% 2 means modulo 2.
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Le 'mot de commande' utilisé dans le troisième mode de réalisation est donc içi constitué par la concaténation des tableaux de commande des SLM (4405) (4412)(4417) et des bits de commande des rotateurs de phase de (4422) et (4437). Comme précédemment le capteur éclairé directement est désigné par l'indicep avecp=0 pour (4339) et p=1pour (4329). Pour la commande des rotateurs de phase inclus dans les extincteurs de faisceau (4422) et (4437) un bit de commande nul correspond à une tension appliquée de 5V (position ouverte) et un bit de commande à 1 correspond à une tension appliquée de -5V (position fermée).
tableau de commande du SLM (4405) fl, [k,1] = E 1 {ki + 1 +l j + 1) %2 Npx tableau de commande du SLM (4412) BI] [i, j] = 1 B,}[k,l] = 0 si (k, 1) mot de commande tableau de commande du SLM (4417) B [i, j] = 1 COM[p, i, j] B, [k,l] = 0 si (k, l (i, j bits de commande des rotateurs de (4422) p, p bits de commande des rotateurs de (4437) p,p
Le mot de commande ainsi constitué se substitue dans l'ensemble des procédures 7. 4. à 7.17. à celui qui était constitué comme indiqué en 7.2.4. The 'control word' used in the third embodiment is therefore constituted by the concatenation of the control panels of the SLMs (4405) (4412) (4417) and the control bits of the phase rotators of (4422) and ( 4437). As before, the directly illuminated sensor is designated by the index p with p = 0 for (4339) and p = 1 for (4329). For control of the phase rotators included in the beam extinguishers (4422) and (4437) a null control bit corresponds to an applied voltage of 5V (open position) and a control bit to 1 corresponds to an applied voltage of - 5V (closed position).
SLM control panel (4405) fl, [k, 1] = E 1 {ki + 1 + lj + 1)% 2 Npx control board of the SLM (4412) BI] [i, j] = 1 B,} [k, l] = 0 if (k, 1) SLM control panel command word (4417) B [i, j] = 1 COM [p, i, j] B, [k, l] = 0 (k, l (i, j rotator control bits of (4422) p, p rotator control bits of (4437) p, p
The control word thus constituted is substituted in the set of procedures 7. 4. to 7.17. to the one who was constituted as indicated in 7.2.4.
8. 4.2. Utilisation du système de suppression de l'onde directe. 8. 4.2. Use of the direct wave suppression system.
Les SLM (4427) et (4442) sont respectivement associés aux capteurs (4339) et (4329) et indicés par les mêmes indices/?=0 et p=1. Dans la procédure décrite en 7.12.2.1., phase 1, lors de l'acquisition d'un couple d'images élémentaires, il est nécessaire de commander également ces SLM. La valeur d'un élément C[k,l] du tableau de commande utilisé pour un tel SLM dépend de l'indice du SLM, des indices c et p de l'image en cours d'acquisition, et des indices i et j correspondant au point du capteur éclairé directement
par le faisceau d'éclairage soit i=la[q,p,lc[k,p],Jc[k,p]], j=Ja[q,p,lc[k,p],Jc[k,p]]. Il est donné par le tableau suivant, ou r désigne un 'rayon d'extinction' que l'on peut par exemple prendre égal à 2.
indice c 2 autre (atténuation non maximale) indice du SLM p p indices*.' (k -i)2 +(1- j)2 >rZ (k ~i)2 +tl- j2 <r2 valeur de l'élément du tableau C[k,l] 1 1 1 0 The SLMs (4427) and (4442) are respectively associated with the sensors (4339) and (4329) and indexed by the same indices /? = 0 and p = 1. In the procedure described in 7.12.2.1., Phase 1, during the acquisition of a pair of elementary images, it is necessary to also control these SLMs. The value of an element C [k, l] of the control panel used for such an SLM depends on the index of the SLM, the indices c and p of the image being acquired, and the indices i and j corresponding to the point of the illuminated sensor directly
by the light beam i = [q, p, lc [k, p], Jc [k, p]], j = Ja [q, p, lc [k, p], Jc [k, p ]]. It is given by the following table, where r denotes an 'extinction radius' which can for example be equal to 2.
index c 2 other (non-maximal attenuation) index of SLM pp indices *. ' (k -i) 2 + (1- j) 2> rZ (k ~ i) 2 + tl-j2 <r2 value of the element of the array C [k, l] 1 1 1 0
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8. 4.3. Utilisation de l'échantillonnage régulier. 8. 4.3. Using regular sampling.
8.4.3.1.Modification de la procédure 7. 9.2. les coordonnées des faisceaux d'éclairage sont connues à l'avance et sont:
la[q, p, t , j = ip + (N p. - i -1) p Ja [q,p,i,j]=j
Il suffit donc de déterminer le tableau Ra[p,i,j]
On utilise les tableaux Io et Jo caractérisant une trajectoire parcourant l'ensemble des points accessibles, c'est-à-dire que (lo[k], Jo[k]) doit parcourir l'ensemble des valeurs telles que
Npix) 2 Npix)2
Io[k] - -J + (JO[k]- N ' l2 J 5.R;uv ou Rou,, est le rayon du disque limité par l'ouverture de l'objectif sur un capteur, et correspond par exemple au rayon de la zone illuminée sur (4339) lorsque le faisceau FRGI est utilisé seul. Cette trajectoire sera nommée par la suite trajectoire complète . 8.4.3.1.Modification of the procedure 7. 9.2. the coordinates of the light beams are known in advance and are:
the [q, p, t, j = ip + (N p - -1 -1) p Ja [q, p, i, j] = j
It is therefore sufficient to determine the array Ra [p, i, j]
We use the tables Io and Jo characterizing a trajectory traversing the set of accessible points, that is to say that (lo [k], Jo [k]) must traverse all the values such that
Npix) 2 Npix) 2
Io [k] -J + (OJ [k] - N '12 J 5.R; uv or Rou ,, is the radius of the disk limited by the opening of the objective on a sensor, and corresponds for example to the radius of the illuminated area on (4339) when the FRGI beam is used alone This trajectory will be named after the complete trajectory.
Un programme effectue l'acquisition définie par ces tableaux, selon la procédure décrite en 7.12. A program performs the acquisition defined by these tables, according to the procedure described in 7.12.
L'indice n0 n'étant pas connu, il est pris égal à n@ dans la procédure 7.12, Toutefois, lors de cette
acquisition, il suffit d'enregistrer les valeurs M f/o[1,Jo[/c]1 et H k,p,q [1 r ,) r ] . The index n0 is not known, it is taken equal to n @ in the procedure 7.12, However, during this
acquisition, just record the values M f / o [1, Jo [/ c] 1 and H k, p, q [1 r,) r].
Le programme initialise à 0 le tableau Ra puis il parcourt la série des indices k,p en effectuant pour chaque couple k,p:
ou ir, jr sont les coordonnées du maximum de l'image de référence, comme définies en 7.12. et ou x,y,z sont les coordonnées déterminées en 7.9.1. The program initializes the array Ra to 0, then it traverses the series of indices k, p by performing for each pair k, p:
where ir, jr are the coordinates of the maximum of the reference image, as defined in 7.12. and where x, y, z are the coordinates determined in 7.9.1.
8.4.3.2. Modification de la procédure 7. 11. 8.4.3.2. Modification of the procedure 7. 11.
Le programme effectue la série d'acquisitions définie par les tableaux Io et Jo définissant une trajectoire complète, déjà utilisés en 8.4.3.1., selon la procédure décrite en 7.12. Il génère ainsi les séries
d'images Mk.p.q [<,y] et Hk,P.9 [',7]. Toutefois, lors de cette acquisition, il suffit d'enregistrer les valeurs MkP,9Ll Lk''I Lk,et Hk>P>9Ltr>Jr. Le programme parcourt alors la série des indices k. Pour chaque valeur k il effectue :
The program performs the series of acquisitions defined by the tables Io and Jo defining a complete trajectory, already used in 8.4.3.1., According to the procedure described in 7.12. It thus generates the series
of images Mk.pq [<, y] and Hk, P.9 [', 7]. However, during this acquisition, it is sufficient to record the values MkP, 9Ll Lk''I Lk, and Hk>P>9Ltr> Jr. The program then goes through the series of indices k. For each value k it performs:
Le programme décrit en 7. 8. est alors utilisé pour calculer les paramètres x,y,z,L, n0 à partir du tableau Frec ainsi constitué. The program described in 7. 8. is then used to calculate the parameters x, y, z, L, n0 from the table Frec thus constituted.
La procédure 7. 11. ainsi reformulée peut être utilisée directement pour calculer x,y,z,L, no dans le cas du cristal uniaxe décrit en 7. 18.9., évitant ainsi d'avoir à effectuer des mesures préliminaires et rendant The procedure 7. 11. thus reformulated can be used directly to calculate x, y, z, L, no in the case of the uniaxial crystal described in 7. 18.9., Thus avoiding having to carry out preliminary measurements and making
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possible le mouvement des objectifs. Dans ce cas, le mode d'acquisition de la série d'images permettant le calcul de x,y,z,L, no correspond à la procédure décrite en 7.12 et modifiée comme indiqué en 7.18.9. possible movement of objectives. In this case, the acquisition mode of the series of images allowing the calculation of x, y, z, L, no corresponds to the procedure described in 7.12 and modified as indicated in 7.18.9.
8. 4.3.3. Modification de la procédure 7. 13. 8. 4.3.3. Modification of the procedure 7. 13.
En 7. 13, on obtient directement sans utiliser le programme de la fig. 53:
Idp,i, j=ip+NP, -i-1)p Jd[p.iJ]=j I4k, p] plok+(Np. -Iok-1)p
Jc[k,p] = Jo[k]
8. 4.3.4. modification de la procédure 7. 6. In 7. 13, we obtain directly without using the program of fig. 53:
Idp, i, j = ip + NP, -i-1) p Jd [p.iJ] = j I4k, p] plok + (Np-Iok-1) p
Jc [k, p] = Jo [k]
8. 4.3.4. modification of the procedure 7. 6.
Les valeurs des coefficients K1,K2 déterminés en 7.6. vérifient: K1 = K2
8. 5. Réglage:
La position de chaque élément du système doit être réglée avec précision avant toute utilisation. The values of the coefficients K1, K2 determined in 7.6. check: K1 = K2
8. 5. Setting:
The position of each element of the system must be precisely set before use.
8. 5.1. appareils utilisés
Les appareils déjà décrits en 7. 3.3.2. sont utilisés. 8. 5.1. used devices
Devices already described in 7. 3.3.2. are used.
8. 5.2. Types d'images utilisés
Pendant le réglage on peut utiliser divers types d'images: - images obtenues sur un CCD auxiliaire : CCD auxiliaire placé par exemple dans un plan d'espace peut permettre de déterminer le centre d'un faisceau d'éclairage dans ce plan, ou la ponctualité dans ce plan d'un faisceau de référence. 8. 5.2. Types of images used
During the adjustment, various types of images may be used: - images obtained on an auxiliary CCD: auxiliary CCD placed for example in a space plane may make it possible to determine the center of a lighting beam in this plane, or the punctuality in this plane of a reference beam.
- images obtenues sur un des CCD du microscope: ces images peuvent être obtenues et analysées comme indiqué en 7.3.3.1. en présence d'un faisceau de référence. On peut également observer directement les images reçues en l'abscence de faisceau de référence. - images obtained on one of the microscope CCDs: these images can be obtained and analyzed as indicated in 7.3.3.1. in the presence of a reference beam. One can also directly observe the received images in the absence of reference beam.
- images obtenues sur le CCD du fréquencemètre : directement, elles permettent de vérifier la planéité d'une onde ou l'angle séparant deux ondes planes. - images obtained on the CCD of the frequency meter: directly, they make it possible to check the flatness of a wave or the angle separating two plane waves.
- images de la surface d'un SLM : plaçant le fréquencemètre derrière la lentille qui transforme en onde plane l'onde provenant d'un point donné du SLM, on forme sur le CCD du fréquencemètre une image de la surface du SLM, qui peut être utilisée par exemple pour vérifier que le SLM est éclairé correctement. Pour visualiser des figures formées en commandant le SLM, un polariseur doit en outre être présent entre le SLM et le CCD du fréquencemètre. S'il n'est pas déjà présent dans le système, on peut utiliser le polariseur du fréquencemètre. - images of the surface of an SLM: placing the frequency meter behind the lens which transforms the wave coming from a given point of the SLM into a plane wave, an image of the surface of the SLM is formed on the CCD of the frequency meter, which can be used for example to check that the SLM is lit properly. To view figures formed by controlling the SLM, a polarizer must also be present between the SLM and the CCD of the frequency meter. If it is not already present in the system, it is possible to use the polarizer of the frequency meter.
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- images pixel par pixel de la surface d'un SLM : telle image est constituée d'un tableau à deux dimensions contenant l'éclairement de chaque pixel. Pour l'obtenir, on place le fréquencemètre comme précédemment, en présence d'un polariseur. On met l'ensemble du SLM en position absorbante (image 'noire'). Puis on allume un à un chaque pixel, en enregistrant à chaque fois l'intensité du point correspondant sur le fréquencemètre. Les intensités ainsi mesurés pour chaque pixel du SLM sont stockées dans un tableau, qui constitue l'image pixel par pixel du SLM. Ce type d'image peut être utilisé par exemple pour vérifier la correspondance point par point entre les divers SLM, nécessaire pour obtenir un éclairage correct et un échantillonnage régulier. pixel-by-pixel images of the surface of an SLM: such an image consists of a two-dimensional array containing the illumination of each pixel. To obtain it, the frequency meter is placed as before, in the presence of a polarizer. The entire SLM is placed in an absorbing position ('black' image). Then we turn on each pixel one by one, each time recording the intensity of the corresponding point on the frequency meter. The intensities thus measured for each pixel of the SLM are stored in a table, which constitutes the pixel-by-pixel image of the SLM. This type of image can be used for example to check the point-by-point correspondence between the various SLMs, necessary to obtain a correct lighting and a regular sampling.
8. 5.3. Critères de réglage. 8. 5.3. Setting criteria.
Les réglages visent à s'assurer que: (1) les faisceaux suivent la trajectoire prévue. Ceci peut en général se vérifier à l'aide d'un simple diffuseur. The adjustments are to ensure that: (1) the beams follow the intended path. This can usually be verified using a simple diffuser.
(2) les faisceaux d'éclairage sont parallèles dans les plans d'espace. Ceci se vérifie à l'aide du fréquencemètre. (2) the lighting beams are parallel in the space planes. This is verified using the frequency meter.
(3) les faisceaux de référence sont ponctuels dans les plans d'espace et les faisceaux d'éclairage sont ponctuels dans les plans de fréquence. Ceci se vérifie par exemple à l'aide d'un CCD auxiliaire. (3) the reference beams are punctual in the space planes and the illumination beams are punctual in the frequency planes. This is true for example using an auxiliary CCD.
(4) les polariseurs sont bien réglés. Les extinctions du faisceau peuvent par exemple être observées sur le fréquencemètre. (4) the polarizers are well adjusted. The beam extinctions can for example be observed on the frequency meter.
(5) un faisceau entrant parallèle dans l'objectif (4317) et dirigé suivant l'axe optique a une image ponctuelle et centrée sur le capteur (4339). (5) a beam entering parallel to the objective (4317) and directed along the optical axis has a point image and centered on the sensor (4339).
(6) lorsque le mot de commande Al,j est utilisé pour le SLM (4405) et lorsque le mot de commande Bl,j est utilisé pour les SLM (4412) et (4417), les conditions suivantes sont respectées: (i) le point de coordonnées l,j doit être effectivement illuminé sur les SLM (4412) et (4417) (ii) lorsque les faisceaux FEG et FEGI sont utilisés, les points illuminés sur les SLM (4427) et (4442) et sur les capteurs (4339) et (4329) doivent avoir pour coordonnées (i,j) (iii) lorsque les faisceaux FED et FEDI sont utilisés, les points illuminés sur les SLM (4427) et
(4442) et sur les capteurs (4339) et (4329) doivent avoir pour coordonnées (N,,x - 1 - i,i) Cette condition (6) peut se vérifier à l'aide d'images obtenues sur les capteurs ou à l'aide d'images pixel par pixel obtenues sur les CCD. (6) when the control word Al, j is used for the SLM (4405) and when the control word B1, j is used for the SLMs (4412) and (4417), the following conditions are met: (i) the point of coordinates l, j must be effectively illuminated on the SLMs (4412) and (4417) (ii) when the FEG and FEGI beams are used, the illuminated points on the SLMs (4427) and (4442) and on the sensors (4339) and (4329) must have the coordinates (i, j) (iii) when the FED and FEDI beams are used, the illuminated points on the SLMs (4427) and
(4442) and on the sensors (4339) and (4329) must have the following coordinates (N ,, x - 1 - i, i). This condition (6) can be verified by means of images obtained from the sensors or using pixel-by-pixel images obtained on the CCDs.
Les réglages à effectuer découlent de ces conditions. La description des étapes de réglage est donnée à titre indicatif et constitue un exemple d'ordonnancement des étapes de réglage. The settings to be made are based on these conditions. The description of the adjustment steps is given for information only and constitutes an example of scheduling of the adjustment steps.
8. 5.4. Etapes de réglage
Dans la description des étapes de réglage, il sera fait fréquemment référence à l'axe optique. Du fait des nombreuses réflexions, l'axe optique ne peut être défini que localement. C'est donc à cet axe optique défini localement qu'il sera fait référence. 8. 5.4. Setting steps
In the description of the adjustment steps, reference will frequently be made to the optical axis. Due to the many reflections, the optical axis can only be defined locally. It is therefore to this optical axis defined locally that reference will be made.
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Préalablement à tout réglage fin, l'ensemble du système est mis en place avec toute la précision possible par des méthodes géométriques, à l'exception des éléments (4304) (4305) (4422) (4437) (4351) qui seront mis en place en cours de réglage. Prior to any fine tuning, the whole system is set up with all the precision possible by geometric methods, with the exception of the elements (4304) (4305) (4422) (4437) (4351) which will be put in place. place during adjustment.
Pendant tout le réglage, la position de l'axe neutre des rotateurs de polarisation (4310) (4338) (4341) (4326) est maintenue dans le plan de la figure 62. Un point sera dit centré sur un des capteurs (4339) ou (4329) si ses coordonnées sont (Npix/2,Npix/2
Lors de la première étape de réglage d'un élément donné, le type de positionneur sur lequel cet élément est monté est indiqué. Throughout the adjustment, the position of the neutral axis of the polarization rotators (4310) (4338) (4341) (4326) is maintained in the plane of FIG. 62. A point will be said centered on one of the sensors (4339) or (4329) if its coordinates are (Npix / 2, Npix / 2
In the first step of setting a given element, the type of positioner on which this element is mounted is indicated.
Etape 1. Réglage d'orientation de l'ensemble laser (4300) -élargisseur de faisceau (4301)
Cet ensemble est monté sur un positionneur angulaire permettant d'ajuster la direction du faisceau. Step 1. Laser beam (4300) beam angle adjustment (4301)
This assembly is mounted on an angular positioner for adjusting the direction of the beam.
Un diffuseur est utilisé pour vérifier la trajectoire du faisceau. La position de l'ensemble (4300,4301) est ajustée pour que le faisceau suive la trajectoire prévue. A diffuser is used to check the beam path. The position of the set (4300,4301) is adjusted so that the beam follows the intended path.
Etape 2. Mise en place du dispositif de décalage de phase (4304). Step 2. Implementation of the phase shift device (4304).
Ce dispositif de décalage de phase est identique à celui décrit en 7. 2.3. et mis en place comme indiqué en 7.3.2.3. This phase shift device is identical to that described in 7. 2.3. and set up as described in 7.3.2.3.
Etape 3. Mise en place du dispositif d'atténuation de faisceau (4305). Step 3. Implementation of the beam attenuation device (4305).
Ce dispositifd'atténuation de faisceau est identique à celui décrit en 7. 2.2. et est mis en place comme indiqué en 7.3.2.2. This beam attenuation device is identical to that described in 7. 2.2. and is implemented as described in 7.3.2.2.
Etape 4.: Réglage en translation 2 axes du 'trou' (4402)
Ce trou est monté sur un positionneur deux dimensions permettant un déplacement dans le plan orthogonal à l'axe optique. Step 4 .: 2-axis translation adjustment of the 'hole' (4402)
This hole is mounted on a two-dimensional positioner allowing displacement in the plane orthogonal to the optical axis.
Il est réglé de manière à maximiser l'intensité du faisceau ayant traversé le 'trou'. It is set to maximize the intensity of the beam that has passed through the 'hole'.
Etape 5. Réglage de l'orientation du miroir à deux faces (4403)
Ce miroir est monté sur un positionneur angulaire permettant d'en ajuster l'orientation. Un diffuseur est utilisé pour vérifier la trajectoire du faisceau et la position du miroir est réglée de sorte que le faisceau incident sur le SLM (4405) occupe toute la surface utile de ce SLM. Step 5. Adjusting the orientation of the two-sided mirror (4403)
This mirror is mounted on an angular positioner to adjust the orientation. A diffuser is used to check the beam path and the position of the mirror is set so that the incident beam on the SLM (4405) occupies the entire usable area of this SLM.
Etape 6. réglage de l'orientation du SLM (4405)
Ce SLM est monté sur un positionneur angulaire permettant d'en ajuster l'orientation, couplé avec un positionneur deux axes en translation permettant un ajustement de sa position dans un plan orthogonal à l'axe optique. Step 6. Setting the orientation of the SLM (4405)
This SLM is mounted on an angular positioner to adjust its orientation, coupled with a positioner two axes in translation allowing adjustment of its position in a plane orthogonal to the optical axis.
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Le SLM est mis en position totalement réfléchissante. Un diffuseur est utilisé pour vérifier que l'onde réfléchie sur le SLM parvienne au point prévu sur le miroir (4403) et se dirige dans la direction prévue. The SLM is put in a totally reflective position. A diffuser is used to verify that the reflected wave on the SLM reaches the intended point on the mirror (4403) and is moving in the intended direction.
Etape 7. Réglage fin de l'orientation du miroir à deux faces (4403), réglage en translation du SLM (4405), réglage de l'ouverture du diaphragme (4348), et réglage en translation de la lentille (4404). Step 7. Fine adjustment of the orientation of the two-sided mirror (4403), translation adjustment of the SLM (4405), adjustment of the aperture of the diaphragm (4348), and translational adjustment of the lens (4404).
La lentille (4404) est montée sur un positionneur un axe en translation permettant un ajustement en translation dans le sens de son axe optique. The lens (4404) is mounted on a positioner a translational axis allowing adjustment in translation in the direction of its optical axis.
* Cette étape a pour objectif: - de régler la position de la lentille (4404) de manière à ce que le SLM (4405) soit dans un plan d'espace. * This step aims to: - adjust the position of the lens (4404) so that the SLM (4405) is in a space plane.
- de régler l'orientation du miroir à deux faces (4403) et la position en translation de (4405) de manière à ce que le faisceau parvenant à (4405) soit centré. adjusting the orientation of the two-sided mirror (4403) and the translational position of (4405) so that the beam arriving at (4405) is centered.
- de régler l'ouverture de (4348) de manière à ce que le faisceau incident sur (4405) soit aussi large que possible, sans toutefois déborder de la surface active du SLM. - adjust the opening of (4348) so that the beam incident on (4405) is as wide as possible, without overflowing the active surface of the SLM.
Il est possible, sur un SLM, de commander indépendamment la zone active et une zone périphérique appelée 'apron'. L'ensemble de la zone active est içi commandé pour effectuer une rotation de polarisation dans un sens donné, et l'apron est commandé pour effectuer une rotation de polarisation dans le sens opposé. La zone active est ensuite modifiée pour qu'une croix centrée au milieu de la zone active soit mise dans le même état que l'apron. It is possible on an SLM to independently control the active zone and a peripheral zone called 'apron'. The entire active area is controlled to perform a polarization rotation in a given direction, and the apron is controlled to perform a polarization rotation in the opposite direction. The active zone is then modified so that a cross centered in the middle of the active zone is put in the same state as the apron.
Le fréquencemètre est positionné derrière (4406), qui est largement ouvert. The frequency meter is positioned behind (4406), which is wide open.
L'ouverture du diaphragme (4348) est légèrement supérieure (de 20% par exemple) à son ouverture nominale calculée en 8.4. The opening of the diaphragm (4348) is slightly greater (by 20% for example) than its nominal opening calculated in 8.4.
Le fréquencemètre est d'abord positionné en l'abscence de son polariseur pour que se forme sur son CCD une image de la zone éclairée de (4405). The frequency meter is first positioned in the absence of its polarizer so that an image of the illuminated area of (4405) is formed on its CCD.
Le polariseur du fréquencemètre est alors introduit et réglé en rotation de manière à faire apparaître sur l'image un contraste maximal entre la zone périphérique ('apron') et la zone centrale active du SLM. The polarizer of the frequency meter is then introduced and set in rotation so as to show on the image a maximum contrast between the peripheral zone ('apron') and the active central zone of the SLM.
La position de (4403) est alors ajustée de manière à ce que l'ensemble de la zone active et de la frontière avec l'apron soit visible sur l'image. On doit voir une zone active carrée illuminée entourée d'une zone sombre (l'apron) et barrée d'une croix centrée. The position of (4403) is then adjusted so that the whole of the active zone and the border with the apron is visible on the image. We must see an illuminated square active area surrounded by a dark area (the apron) and crossed with a centered cross.
La position de (4404) est réglée de manière à avoir le meilleur contraste possible. The position of (4404) is set to have the best possible contrast.
Le diaphragme (4348) est alors réduit en ouverture. On doit voir sur l'image une disque illuminé de diamètre réduit, interceptant la croix sombre. La position de (4403) et celle de (4405) en translation sont ajustées pour que le centre du disque et le centre de la croix coïncident. The diaphragm (4348) is then reduced in opening. We must see on the image an illuminated disc of reduced diameter, intercepting the dark cross. The position of (4403) and that of (4405) in translation are adjusted so that the center of the disc and the center of the cross coincide.
La position de (4404) est à nouveau réglée de manière à avoir le meilleur contraste possible. The position of (4404) is adjusted again to have the best possible contrast.
L'ouverture du diaphragme (4348) est alors aggrandie au maximum sans toutefois que le disque illuminé n'atteigne la zone de l'apron. The opening of the diaphragm (4348) is then enlarged to the maximum without however that the illuminated disk reaches the zone of apron.
Etape 8. Réglage en translation de la lentille (4407) Step 8. Translational adjustment of the lens (4407)
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Cette lentille est montée sur un positionneur en translation un axe dans le sens de l'axe optique. This lens is mounted on a positioner in translation an axis in the direction of the optical axis.
Ce réglage a pour objectif de s'assurer qu'un faisceau parallèle issu du laser et entièrement réfléchi par (4405) est à nouveau parallèle après passage de (4407). This adjustment is intended to ensure that a parallel beam from the laser and fully reflected by (4405) is again parallel after passage of (4407).
Le fréquencemètre est positionné derrière (4407). (4406) est largement ouvert. Le tableau de commande de (4405) est entièrement mis à 0. La position de (4407) est ajustée pour avoir une image aussi ponctuelle que possible sur le fréquencemètre. The frequency meter is positioned behind (4407). (4406) is widely open. The control panel of (4405) is fully set to 0. The position of (4407) is adjusted to have an image as punctual as possible on the frequency meter.
Etape 9. Réglage en rotation du polariseur (4408). Step 9. Rotational adjustment of the polarizer (4408).
Le polariseur (4408) est fixé à un positionneur permettant un réglage en rotation autour de l'axe optique. The polarizer (4408) is attached to a positioner allowing adjustment in rotation about the optical axis.
Lorsque le mot de commande Aoo est utilisé, le SLM (4405) réfléchit le faisceau dans une direction DO. Lorsque ANpix -1,0est utilisé, la direction du faisceau est modifié et la composante sur la fréquence correspondant à la direction DO doit être annulée. Le polariseur (4408) est réglé de manière à produire effectivement une annulation de cette composante. When the command word Aoo is used, the SLM (4405) reflects the beam in a direction DO. When ANpix -1.0 is used, the direction of the beam is changed and the component on the frequency corresponding to the direction DO must be canceled. The polarizer (4408) is set to effectively cancel this component.
Le fréquencemètre est positionné derrière (4408). Le diaphragme (4406) est largement ouvert. Le tableau Aoo est d'abord appliqué à (4405). Le point P illuminé sur le CCD du fréquencemètre est repéré. Le tableau ANpix-1.0est alors utilisé et la position de (4408) est ajustée pour annuler l'intensité reçue au point P. The frequency meter is positioned behind (4408). The diaphragm (4406) is widely open. Table Aoo is first applied to (4405). The illuminated point P on the frequency meter's CCD is located. The ANpix-1.0 array is then used and the position of (4408) is adjusted to cancel the intensity received at point P.
Etape 10. Réglage en translation 2 axes et ouverture du diaphragme (4406)
Le diaphragme (4406) a une ouverture réglable et est réglable en translation suivant deux axes orthogonaux à l'axe optique. Step 10. Adjustment in 2-axis translation and opening of the diaphragm (4406)
The diaphragm (4406) has an adjustable opening and is adjustable in translation along two axes orthogonal to the optical axis.
Sa position et son ouverture doivent être réglées pour qu'il laisse passer les fréquences utiles et arrête les fréquences symétriques, son rôle étant celui du diaphragme (4615) décrit en 8.1.2. Its position and its aperture must be adjusted so that it passes the useful frequencies and stops the symmetrical frequencies, its role being that of the diaphragm (4615) described in 8.1.2.
Le fréquencemètre est utilisé et positionné derrière (4408). Les axes du CCD du fréquencemètre doivent être orientés comme indiqué par le repère (4470). Un programme spécifique est utilisé. The frequency meter is used and positioned behind (4408). The CCD axes of the frequency counter must be oriented as indicated by the mark (4470). A specific program is used.
Ce programme applique successivement au SLM (4405) les tableaux :
Le programme somme les intensités obtenues dans chaque cas par le capteur CCD et affiche l'image correspondante. Il superpose sur cette image des symboles indiquant le maximum obtenu dans chacun de ces cas. Il itère indéfiniment cette procédure pour que cette image soit mise à jour en permanence pendant le réglage du diaphragme. This program successively applies to the SLM (4405) the tables:
The program summarizes the intensities obtained in each case by the CCD sensor and displays the corresponding image. It superimposes on this image symbols indicating the maximum obtained in each of these cases. It iterates indefinitely this procedure so that this image is constantly updated during the adjustment of the diaphragm.
Le diaphragme doit être réglé en position et ouverture pour que le point obtenu pour les indices (0,0) ne soit pas visible (obturé par le diaphragme) et pour que que les quatre autres points soient visibles (en limite de diaphragme), aux positions indiquées par la Fig. 72 ou (5010) représente la limite du diaphragme. The diaphragm must be adjusted in position and opening so that the point obtained for the indices (0,0) is not visible (closed by the diaphragm) and so that the other four points are visible (at the limit of diaphragm), positions shown in Fig. 72 or (5010) represents the limit of the diaphragm.
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Etape 11. Réglage de l'orientation du miroir (4409)
Le miroir (4409) est fixé sur un positionneur permettant d'en ajuster l'orientation. Step 11. Adjusting the orientation of the mirror (4409)
The mirror (4409) is fixed on a positioner to adjust its orientation.
On applique à (4405) le tableau ANpix NpixUn diffuseur est utilisé pour contrôler la trajectoire du
2 ' 2 faisceau. La position angulaire de (4409) est ajustée pour que le faisceau parvienne au centre de (4412). It is applied to (4405) the table ANpix NpixUn diffuser is used to control the trajectory of the
2 '2 beam. The angular position of (4409) is adjusted so that the beam reaches the center of (4412).
Etape 12. Réglage de l'orientation du SLM (4412)
Le SLM (4412) est fixé à un positionneur trois axes en rotation permettant d'en ajuster l'orientation (axes dans le plan du capteur) et la position en rotation (axe orthogonal au plan du capteur), couplé avec un positionneur deux axes en translation permettant un déplacement dans un plan orthogonal à l'axe optique. Step 12. Adjusting the orientation of the SLM (4412)
The SLM (4412) is attached to a three-axis positioner in rotation to adjust the orientation (axes in the plane of the sensor) and the rotational position (axis orthogonal to the plane of the sensor), coupled with a two-axis positioner in translation allowing displacement in a plane orthogonal to the optical axis.
Le tableau ANpix Npix reste appliqué à (4405). Le tableau de commande de (4412) est mis à 1. Un 2 ' diffuseur est utilisé pour contrôler la trajectoire du faisceau. (4412) est ajusté pour que l'onde se réfléchisse vers (4414) et soit centrée au milieu de ce diaphragme. The ANpix Npix array remains applied to (4405). The control panel of (4412) is set to 1. A 2 'diffuser is used to control the path of the beam. (4412) is adjusted so that the wave is reflected to (4414) and is centered in the middle of this diaphragm.
Etape 13. Réglage en rotation du polariseur (4413)
Le tableau de commande de (4412) est mis à 1. Le fréquencemètre est positionné derrière (4413) de manière à ce que soit formée sur son CCD l'image de (4412). Le tableau de commande de (4412) est alors mis à 0. (4413) est alors réglé en rotation de manière à annuler l'intensité reçue sur le CCD du fréquencemètre. Step 13. Rotating the polarizer (4413)
The control panel of (4412) is set to 1. The frequency meter is positioned behind (4413) so that the image of (4412) is formed on its CCD. The control panel of (4412) is then set to 0. (4413) is then set in rotation so as to cancel the intensity received on the CCD of the frequency meter.
Etape 14. Réglage fin de l'orientation du miroir (4409), réglage de la position et de la focale du doublet (4410) (4411), et réglage en rotation et translation du SLM (4412). Step 14. Fine adjustment of the mirror orientation (4409), adjustment of the position and focal length of the doublet (4410) (4411), and adjustment in rotation and translation of the SLM (4412).
La lentille (4410) est montée sur un positionneur un axe dans le sens de l'axe optique. Ce positionneur et la lentille (4411) sont eux-mêmes montés sur un second positionneur un axe dans le sens de l'axe optique. Il est donc possible soit de déplacer conjointement l'ensemble (4410)(4411) soit de déplacer (4410) seule pour faire varier la distance entre les deux lentilles du doublet (4410)(4411). The lens (4410) is mounted on a positioner an axis in the direction of the optical axis. This positioner and the lens (4411) are themselves mounted on a second positioner an axis in the direction of the optical axis. It is therefore possible either to move together (4410) (4411) or move (4410) alone to vary the distance between the two lenses of the doublet (4410) (4411).
Le SLM (4405) permet de contrôler la direction dans laquelle est diffractée l'onde issue de ce SLM. The SLM (4405) makes it possible to control the direction in which the wave coming from this SLM is diffracted.
A une direction du faisceau en sortie du SLM (4405) correspond un point dans un plan de fréquence et en particulier un point dans le plan du SLM (4412). At a direction of the beam at the output of the SLM (4405) corresponds a point in a frequency plane and in particular a point in the plane of the SLM (4412).
La position de (4410)(4411) doit être réglée de manière à ce que l'image du faisceau provenant du SLM (4405) soit effectivement ponctuelle dans le plan de fréquence ou se trouve (4412). La position de (4409) et (4412) doit être réglée pour que la fréquence générée lorsque le tableau de commande ANpix Npix 2 ' 2
est appliqué à (4405) corresponde à un point de coordonnées C Np'x 2 ' Nprx 2 sur le SLM (4412). La position de (4410)(4411)(4412) doit en outre être réglée pour qu'il y ait une correspondance point à point entre les The position of (4410) (4411) should be adjusted so that the beam image from the SLM (4405) is actually punctual in the frequency plane or is (4412). The position of (4409) and (4412) must be set so that the frequency generated when the control panel ANpix Npix 2 '2
is applied to (4405) corresponds to a coordinate point C Np'x 2 'Nprx 2 on the SLM (4412). The position of (4410) (4411) (4412) shall further be set to have a point-to-point correspondence between
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fréquences générées par les tableaux Al,j appliqués à (4405) et les pixels de (4412), c'est-à-dire pour que lorsque le tableau de commande Al,j est appliqué à (4405) le pixel de coordonnées (i, j) soit illuminé sur le SLM (4412), quels que soient les entiers i et j. frequencies generated by the arrays A1, j applied to (4405) and the pixels of (4412), that is to say that when the control panel A1, j is applied to (4405) the coordinate pixel (i , j) be illuminated on the SLM (4412), regardless of the integers i and j.
La série des opérations ol à o3 est répétée un nombre suffisant de fois, de manière à converger vers la position correcte de chaque élément. ol. Réglage de la position conjointe de (4410) et (4411) pour obtenir une image en fréquence ponctuelle. The series of operations ol to o3 is repeated a sufficient number of times, so as to converge to the correct position of each element. ol. Setting the joint position of (4410) and (4411) to obtain a point-in-time image.
Le fréquencemètre est positionné derrière (4414). Le diaphragme (4414) est largement ouvert. Le tableau ANpix Npix est appliqué à (4405) et le tableau de commande appliqué à (4412) est à 1. La position
2,2 conjointe de l'ensemble (4410) (4411) est ajustée pour avoir sur le capteur CCD du fréquencemètre une image aussi ponctuelle que possible. The frequency meter is positioned behind (4414). The diaphragm (4414) is widely open. The ANpix Npix array is applied to (4405) and the control array applied to (4412) is set to 1. The position
2.2 joint of the set (4410) (4411) is adjusted to have on the CCD sensor of the frequency meter an image as punctual as possible.
02. Réglage angulaire de (4409) et réglage en translation de (4412) pour obtenir une image en fréquence centrée. 02. Angular adjustment of (4409) and translation adjustment of (4412) to obtain a centered frequency image.
ANpix Npixreste appliqué à (4405). (4409) et (4412) sont alors réglés pour que la fréquence centrale 2 ' 2 générée soit au milieu du SLM (4412). Ce réglage se fait avec le fréquencemètre et un programme de localisation du maximum, que l'on appellera programme PA. ANpix Npixreste applied to (4405). (4409) and (4412) are then set so that the generated center frequency 2 '2 is in the middle of the SLM (4412). This adjustment is done with the frequency meter and a program of localization of the maximum, which one will call program PA.
Le programme PA allume tour à tour chaque pixel du SLM (4412) et mesure l'intensité correspondante sur le fréquencemètre. Le pixel générant la plus forte intensité correspond au maximum. The PA program turns on each pixel of the SLM (4412) and measures the corresponding intensity on the frequency meter. The pixel generating the highest intensity corresponds to the maximum.
La procédure de base du programme PA, que l'on appellera PB, parcourt l'ensemble des
coordonnées (i,j) des pixels sur le SLM (4412), i et variant de 0 à Noix - 1. Pour chaque couple (i,j) cette procédure effectue les étapes suivantes: - elle applique le tableau de commande Blj défini comme en 8.4.1. au SLM (4412). The basic procedure of the PA program, which will be called PB, runs through all the
coordinates (i, j) pixels on the SLM (4412), i and ranging from 0 to Nuts - 1. For each pair (i, j) this procedure performs the following steps: - it applies the control panel Blj defined as in 8.4.1. at the SLM (4412).
- elle acquiert alors une image sur le CCD du fréquencemètre. - It then acquires an image on the CCD of the frequency meter.
- elle détermine la valeur maximale de l'intensité mesurée sur l'ensemble des points de cette image. it determines the maximum value of the intensity measured over all the points of this image.
- elle enregistre cette valeur dans un tableau M en M[i,j]
Lorsque elle a ainsi parcouru l'ensemble des indices i,j la procédure détermine le point d'intensité maximale du tableau M et ses indices i0,j0 qui correspondent au maximum. Elle affiche sur l'écran l'image bidimensionnelle correspondant au tableau M, éventuellement aggrandie autour du maximum, ainsi
que les valeurs de io, jo et la valeur Ao ' 7o ] '
Le programme PA consiste à itérer indéfiniment la procédure PB de manière à pouvoir effectuer le réglage correspondant. - it saves this value in a table M in M [i, j]
When it has thus traversed the set of indices i, the procedure determines the point of maximum intensity of the array M and its indices i0, j0 which correspond to the maximum. It displays on the screen the two-dimensional image corresponding to the array M, possibly enlarged around the maximum, as well as
that the values of io, jo and the value Ao '7o]'
The program PA is to iterate indefinitely PB procedure so as to make the corresponding setting.
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La position de (4409) doit être ajustée pour avoir (i 0' j 0) = # # , # # et pour maximiser M [i0,j0]. o3. Réglage de focale du doublet (4410)(4411) et réglage de (4412) en rotation.
The position of (4409) must be adjusted to have (i 0 'j 0) = # #, # # and to maximize M [i0, j0]. o3. Focal length adjustment of the doublet (4410) (4411) and adjustment of (4412) in rotation.
Le fréquencemètre, réglé comme précédemment, est utilisé. Un programme d'affichage des caractéristiques du système est utilisé, que l'on appellera programme PC. The frequency meter, set as before, is used. A program for displaying the characteristics of the system is used, which will be called a PC program.
Le programme PC utilise successivement quatre tableaux de commande
A N AN Bzz AN-1-,N? appliqués à (4405). Ces tableaux de commande sont - -Ic -,Npi -1-C c.# 2 2 2 2 2 numérotés dans cet ordre. c est une constante, par exemple c=20, introduite pour éviter que les points illuminés sortent de la zone active du SLM en cas de mauvais réglage initial. The PC program successively uses four control panels
AN AN Bzz AN-1-, N? applied to (4405). These control boards are - -Ic -, Npi -1-C c # 2 2 2 2 2 numbered in this order. c is a constant, for example c = 20, introduced to prevent illuminated points from coming out of the active area of the SLM in the event of a bad initial setting.
Pour le n-ième mot de commande, le programme utilise la procédure PB déjà décrite et stocke les coordonnées du maximum obtenu en X[n] et Y[n]. Lorsque cette opération a été effectuée pour les quatre mots de commande, le programme a donc obtenu les tableaux X et Y à quatre éléments, correspondant aux coordonnées en pixels des maximums successifs. Lorsque le système est bien réglé, on doit avoir:
For the nth command word, the program uses the PB procedure already described and stores the coordinates of the maximum obtained in X [n] and Y [n]. When this operation was performed for the four command words, the program thus obtained four-element X and Y arrays, corresponding to the pixel coordinates of the successive maximums. When the system is well tuned, one must have:
Le réglage a donc pour objectif d'obtenir effectivement ces égalités. Le réglage de la focale du doublet (4410)(4411) permet d'ajuster l'échelle et le réglage en rotation de (4412) permet d'ajuster la position en rotation. The purpose of the adjustment is therefore to obtain these equalities effectively. Adjusting the focal length of the doublet (4410) (4411) adjusts the scale and the rotation setting of (4412) adjusts the rotational position.
Le programme calcule le rapport des distances effectives aux distances qui devraient être obtenues avec un réglage correct:
Si/est la distance focale de chaque lentille et si dl est la distance entre ces lentilles avant réglage,
distance focale effective l'ensemble deux lentilles avant réglage est: fI distance focale effective l'ensemble deux lentilles avant réglage est; f, - - 2 1 - dl 1---L 2f de même la distance focale de l'ensemble après réglage est: f2 = f 2 1 ~ 1 dz 2f The program calculates the ratio of the actual distances to the distances that should be obtained with a correct setting:
If / is the focal length of each lens and if dl is the distance between these lenses before adjustment,
effective focal length the whole two lenses before adjustment is: fI effective focal length the whole two lenses before adjustment is; f, - - 2 1 - dl 1 --- L 2f likewise the focal length of the assembly after adjustment is: f2 = f 2 1 ~ 1 dz 2f
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Le grandissement étant proportionnel à la distance focale, celle-ci doit être ajustée de sorte que: f2/f1 = 1/r ce qui mène, en développant les calculs, à:
Dans cette équation/et dl sont mal connus mais on peut utiliser la distance focale 'de conception' du doublet (4410)(4411) . Cette distance est celle pour laquelle le doublet a été prévue. On la notera fc et elle vaut à peu près f/2. On obtient alors:
d2 -dl =4fc(1-r) Le programme PC affiche:
- la valeur d2 - dl , qui permet de corriger en conséquence la distance entre lentilles. The magnification being proportional to the focal length, it must be adjusted so that: f2 / f1 = 1 / r which leads, by developing the calculations, to:
In this equation / and dl are poorly known but one can use the 'design' focal length of the doublet (4410) (4411). This distance is the one for which the doublet has been predicted. It will be noted fc and it is worth about f / 2. We then obtain:
d2 -dl = 4fc (1-r) The PC program displays:
- The value d2 - dl, which allows to correct accordingly the distance between lenses.
-les droites reliant respectivement les points 1 et 4 et les points 2 et 3 X [1]-X[4] - l'écart X[1]-X[4]/N-2c, qui donne à peu près l'angle en radians dont il faut corriger la position en rotation. the straight lines respectively connecting the points 1 and 4 and the points 2 and 3 X [1] -X [4] - the difference X [1] -X [4] / N-2c, which gives approximately the angle in radians whose rotation position must be corrected.
Npix-2c
X [1]-X[4]
-le rapport 1'(2] - r[ 3] , qui doit être égal à 1. Npix-2c
X [1] -X [4]
the ratio 1 '(2) - r [3], which must be equal to 1.
X [1]-X[4]
Le SLM(4412) est réglé en rotation de manière à annuler l'écart affiché X[1]-X[4]/Npix-2c, et la
Npix-2c distance entre les lentilles du doublet (4410)(4411) est modifiée conformément à la valeur affichée de d2-d1. X [1] -X [4]
The SLM (4412) is rotated to cancel the displayed deviation X [1] -X [4] / Npix-2c, and the
Npix-2c distance between the lenses of the doublet (4410) (4411) is changed according to the displayed value of d2-d1.
Etape 15. Réglage du diaphragme (4414) en translation. Step 15. Adjustment of the diaphragm (4414) in translation.
Le diaphragme (4414) est monté sur un positionneur 2 axes en translation permettant de le déplacer dans un plan orthogonal à l'axe optique. The diaphragm (4414) is mounted on a positioner 2 axes in translation to move in a plane orthogonal to the optical axis.
L'ouverture de (4414) est connue. Il doit être réglé en translation. Un CCD auxiliaire est placé juste derrière (4414). Le tableau de commande BNpix Npix est utilisé pour le SLM (4405), c'est-à-dire que 2 ' 2 seul un point central de ce SLM est allumé , le faisceau réfléchi direct étant arrêté par (4406). Le tableau de commande du SLM (4412) est mis à 1 (position passante). L'image du point allumé de (4405) se forme alors dans le plan du diaphragme (4414). (4414) est alors réglé en translation de manière à ce que son centre coïncide avec l'image du point allumé de (4405). The opening of (4414) is known. It must be set in translation. An auxiliary CCD is placed just behind (4414). The BNpix Npix control panel is used for the SLM (4405), i.e. 2 '2 only one center point of this SLM is turned on, the direct reflected beam being stopped by (4406). The SLM control panel (4412) is set to 1 (pass position). The image of the lit point of (4405) is then formed in the plane of the diaphragm (4414). (4414) is then set in translation so that its center coincides with the image of the lit point of (4405).
Etape 16. Réglage en translation 2 axes du SLM (4417) Step 16. Adjustment in 2-axis translation of the SLM (4417)
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Ce SLM est monté sur un positionneur deux axes en translation dans le plan du SLM, couplé avec un positionneur trois axes en rotation permettant d'en ajuster l'orientation (axes dans le plan du capteur) et la position en rotation (axe dans un plan orthogonal au capteur).
This SLM is mounted on a positioner two axes in translation in the plane of the SLM, coupled with a positioner three axes in rotation to adjust the orientation (axes in the plane of the sensor) and the position in rotation (axis in a orthogonal plane to the sensor).
Les tableaux de commande ,4 N N et BN N sont utilisés respectivement pour les SLM
2 ' 2 ' 2 (4405) et (4412). Un diffuseur est utilisé pour suivre le faisceau arrivant sur (4417) et (4417) est réglé en translation pour que le faisceau parvienne en son centre. Control panels, 4 NN and BN N are used respectively for SLMs
2 '2' 2 (4405) and (4412). A diffuser is used to track the beam arriving at (4417) and (4417) is set in translation so that the beam reaches its center.
Etape 17. Réglage de l'orientation du SLM (4417). Step 17. Setting the orientation of the SLM (4417).
Les mêmes tableaux de commande que précédemment sont utilisés pour les SLM (4405) (4412). Le tableau de commande du SLM (4417) est mis à 1. (4417) est réglé pour que le faisceau réfléchi parvienne au point prévu sur (4419), ce qui est vérifié à l'aide d'un diffuseur. The same control boards as before are used for SLMs (4405) (4412). The control panel of the SLM (4417) is set to 1. (4417) is set so that the reflected beam reaches the intended point on (4419), which is verified by means of a diffuser.
Etape 18. Réglage de l'orientation du miroir (4418)
Le miroir (4418) est monté sur un positionneur angulaire permettant d'en ajuster l'orientation. Step 18. Adjusting the orientation of the mirror (4418)
The mirror (4418) is mounted on an angular positioner to adjust its orientation.
(4418) est réglé de manière à renvoyer effectivement le faisceau dans la direction prévue, ce qui est vérifié avec un diffuseur. (4418) is set to effectively return the beam in the intended direction, which is verified with a diffuser.
Etape 19. Réglage en translation du diaphragme (4419)
Le diaphragme (4419) est monté sur un positionneur deux axes en translation permettant un déplacement dans un plan orthogonal à l'axe optique. Step 19. Translational adjustment of the diaphragm (4419)
The diaphragm (4419) is mounted on a two-axis positioner in translation allowing displacement in a plane orthogonal to the optical axis.
L'ouverture de (4419) est connue. Il doit être réglé en translation. Le tableau de commande BNpix Npix est utilisé pour le SLM (4405), c'est-à-dire que seul un point central de ce SLM est allumé ,
2,2 le faisceau réfléchi direct étant arrêté par (4406). Les tableaux de commande des SLM (4412) et (4417) sont mis à 1 (position passante). L'image du point allumé de (4405) se forme alors dans le plan du diaphragme (4419). (4419) est alors réglé en translation de manière à ce que son centre coïncide avec l'image du point allumé de (4405). The opening of (4419) is known. It must be set in translation. The BNpix Npix control panel is used for the SLM (4405), ie only one center point of this SLM is turned on,
2.2 the direct reflected beam being stopped by (4406). SLM (4412) and (4417) control panels are set to 1 (pass position). The image of the lit point of (4405) is then formed in the plane of the diaphragm (4419). (4419) is then set in translation so that its center coincides with the image of the lit point of (4405).
Etape 20. Réglage en rotation du polariseur (4420)
Le polariseur (4420) est monté sur un positionneur permettant son réglage en rotation par rapport à l'axe optique. Step 20. Rotating the polarizer (4420)
The polarizer (4420) is mounted on a positioner allowing its adjustment in rotation with respect to the optical axis.
Les tableaux de commande ANpix Npix et BNpix Npix sont appliqués respectivement à (4405) et
2,2 2 ' 2 (4412). Le tableau de commande de (4417) est mis à 1. Le fréquencemètre est placéjuste derrière (4420). The command boards ANpix Npix and BNpix Npix are respectively applied to (4405) and
2,2 2 '2 (4412). The control panel of (4417) is set to 1. The frequency meter is placed just behind (4420).
L'image sur son CCD est à peu près ponctuelle. Le tableau de commande de (4417) est alors mis à 0. La position de (4420) est ajustée pour annuler l'intensité reçue sur le fréquencemètre. The image on his CCD is pretty punctual. The control board of (4417) is then set to 0. The position of (4420) is adjusted to cancel the intensity received on the frequency meter.
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Etape 21. Réglage en translation 2 axes et en rotation du SLM (4417), réglage de la position et de la focale du doublet (4415) (4416). Step 21. Adjustment in 2-axis translation and rotation of the SLM (4417), adjusting the position and the focal length of the doublet (4415) (4416).
Les lentilles (4415)(4416) sont montées sur un positionneur en translation permettant soit leur déplacement simultané dans le sens de l'axe optique soit le déplacement de (4415) seule. The lenses (4415) (4416) are mounted on a translational positioner allowing either their simultaneous displacement in the direction of the optical axis or the displacement of (4415) alone.
La position de (4415) (4416) doit être réglée de manière à ce que l'image du faisceau provenant du
SLM (4412) lorsque les tableaux de commande A Ne N pu et BN N sont appliqués respectivement à 2 ' 2 2,2 (4405) et (4412) soit effectivement ponctuelle dans le plan de fréquence ou se trouve (4417). La position de (4417) doit être réglée pour que dans ces conditions le point illuminé sur le SLM (4417) ait pour (N pix N
coordonnées C N2'x , N'x J . La position de (4415)(4416)(4417) doit en outre être réglée pour qu'il y ait une correspondance point à point entre les pixels de (4412) et ceux de (4417), c'est-à-dire pour que lorsque les tableaux de commande Al,j et Bl,j sont appliqués respectivement à (4405) et (4412) le point éclairé sur (4417) soit le pixel de coordonnées (i, j) , quels que soient les entiers i etj. The position of (4415) (4416) shall be adjusted so that the beam image from the
SLM (4412) when the control boards A Ne N pu and BN N are respectively applied to 2 '2, 2.2 (4405) and (4412) is actually punctual in the frequency plane or is (4417). The position of (4417) must be set so that under these conditions the illuminated dot on the SLM (4417) has (N pix N
coordinates C N2'x, N'x J. The position of (4415) (4416) (4417) shall further be adjusted so that there is a point-to-point correspondence between the pixels of (4412) and those of (4417), i.e. when the control boards A1, j and B1, j are respectively applied to (4405) and (4412) the illuminated point on (4417) is the coordinate pixel (i, j), irrespective of the integers i andj.
Le fréquencemètre est positionné derrière (4420). La série des opérations ol 1 à ol3 est répétée un nombre suffisant de fois. oll. Réglage de la position conjointe de (4415) et (4416) pour obtenir une image en fréquence ponctuelle.
Les tableaux de commande A N N et B N pu N pl:< sont appliqués respectivement aux SLM
2,2 2,2 (4405) et (4412). Le tableau de commande appliqué à (4417) est mis à 1. La position de l'ensemble (4415) (4416) est ajustée pour avoir sur le capteur CCD du fréquencemètre une image aussi ponctuelle que possible. The frequency meter is positioned behind (4420). The series of operations ol 1 to ol3 is repeated a sufficient number of times. oll. Setting the joint position of (4415) and (4416) to obtain a spot frequency image.
The control panels ANN and BN pu N pl: <are respectively applied to the SLMs
2,2 2,2 (4405) and (4412). The control panel applied to (4417) is set to 1. The position of the set (4415) (4416) is adjusted to have on the CCD sensor of the frequency meter an image as punctual as possible.
012. Réglage en translation de (4417) pour obtenir une image en fréquence centrée.
012. Translation setting of (4417) to obtain a centered frequency image.
A Ni- N et.B restent appliqués respectivement aux SLM (4405) et (4412). (4417) est
2,2 2,2 alors réglé pour que la fréquence centrale générée soit au milieu du SLM (4417). Ce réglage se fait avec le fréquencemètre et le programme PA de localisation du maximum défini plus haut. Toutefois, dans ce programme de localisation du maximum, le SLM (4412) est içi remplacé par le SLM (4417). A NIN and B remain applied respectively to the SLMs (4405) and (4412). (4417) is
2,2 2,2 then set so that the generated center frequency is in the middle of the SLM (4417). This adjustment is made with the frequency meter and the PA program for locating the maximum defined above. However, in this maximum location program, the SLM (4412) is replaced by the SLM (4417).
013. Réglage de (4415) pour obtenir le bon grandissement en fréquence et réglage en rotation de (4417). 013. Adjustment of (4415) to obtain the correct frequency increase and rotation setting of (4417).
Le programme PC est utilisé. Toutefois, dans ce programme: - le SLM (4412) est remplacé par le SLM (4417) - lorsque un mot de commande Al,j est appliqué au SLM (4405), le mot de commande Bl,jcorrespondant est appliqué au SLM (4412). The PC program is used. However, in this program: - the SLM (4412) is replaced by the SLM (4417) - when a command word Al, j is applied to the SLM (4405), the corresponding command word B1 is applied to the SLM (4412) ).
La correction de distance inter-lentilles obtenue est appliquée à la distance entre (4415) et (4416) et le réglage en rotation est effectué sur (4417) en rotation par rapport à un axe orthogonal au plan du capteur. The inter-lens distance correction obtained is applied to the distance between (4415) and (4416) and the rotational adjustment is made on (4417) in rotation with respect to an axis orthogonal to the plane of the sensor.
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Etape 22. Réglage de l'orientation du miroir semi-transparent (4307)
Le miroir semi-transparent (4307) est monté sur un positionneur angulaire permettant d'en ajuster l' orientation. Step 22. Adjusting the orientation of the semi-transparent mirror (4307)
The semi-transparent mirror (4307) is mounted on an angular positioner to adjust its orientation.
Les SLM (4405) (4412)(4417) sont commandés pour générer une fréquence centrale : tableau de commande de (4405) est ANpix Npix et le tableau de commande de (5512) et (4417) est BN N . La
2,2 2,2 position de (4407) est ajustée à l'aide d'un diffuseur de manière à renvoyer le faisceau dans la direction prévue. The SLMs (4405) (4412) (4417) are controlled to generate a center frequency: control board of (4405) is ANpix Npix and the control board of (5512) and (4417) is BN N. The
2,2 2,2 position of (4407) is adjusted using a diffuser so as to return the beam in the intended direction.
Etape 23. Réglage de l'orientation du miroir (4308)
Le miroir (4308) est monté sur un positionneur angulaire permettant d'en ajuster l'orientation. Step 23. Adjusting the orientation of the mirror (4308)
The mirror (4308) is mounted on an angular positioner to adjust its orientation.
La commande des SLM est inchangée. La position de (4308) est ajustée à l'aide d'un diffuseur de manière à renvoyer le faisceau dans la direction prévue. The SLM control is unchanged. The position of (4308) is adjusted using a diffuser to return the beam in the intended direction.
Etape 24. Mise en place de l'extincteur de faisceau (4422)
La commande des SLM est inchangée. Cet extincteur de faisceau est mis en place selon la procédure indiquée en 7.3.2.2. Step 24. Placing the beam extinguisher (4422)
The SLM control is unchanged. This beam extinguisher is set up according to the procedure given in 7.3.2.2.
Etape 25. Réglage en translation de la lentille (4431)
La commande des SLM est inchangée. Le fréquencemètre est positionné derrière (4431). La position de (4431) est ajustée pour obtenir une image ponctuelle. Step 25. Translational adjustment of the lens (4431)
The SLM control is unchanged. The frequency meter is positioned behind (4431). The position of (4431) is adjusted to obtain a point image.
Etape 26. Réglage de l'orientation du miroir (4332)
Ce miroir est monté sur un positionneur deux axes permettant d'en ajuster l'orientation. Step 26. Adjusting mirror orientation (4332)
This mirror is mounted on a two-axis positioner to adjust the orientation.
La commande des SLM est inchangée. Entre (4311) et (4331), deux faisceaux se propageant en sens opposé sont superposés. Un diffuseur introduit sur le coté du faisceau sera illuminé des deux cotés. Les parties illuminées de chaque coté du diffuseur doivent être les mêmes: les deux faisceaux sont alors exactement superposés. Un mauvais réglage de (4332) a pour conséquence un décalage entre la position de ces deux faisceaux. (4332) est réglé pour qu'entre (4311) et (4331) les faisceaux se propageant dans les deux sens soient exactement superposés. The SLM control is unchanged. Between (4311) and (4331), two beams propagating in opposite directions are superimposed. A diffuser introduced on the side of the beam will be illuminated on both sides. The illuminated parts on each side of the diffuser must be the same: the two beams are then exactly superimposed. A wrong setting of (4332) results in a shift between the position of these two beams. (4332) is set so that between (4311) and (4331) the beams propagating in both directions are exactly superimposed.
Etape 27. Réglage en translation de la lentille (4331)
La lentille (4331) est montée sur un positionneur un axe en translation permettant un déplacement dans le sens de l'axe optique. Step 27. Translational adjustment of the lens (4331)
The lens (4331) is mounted on a positioner a translational axis allowing movement in the direction of the optical axis.
Le fréquencemètre est positionné entre (4311) et (4338). La commande des SLM (4405) (4412)(4417) est définie par les tableaux AN N et BN N . La position de (4332) est réglée de
2 ' 2 ' manière à ce que FEDI ait une image aussi ponctuelle que possible sur le fréquencemètre. The frequency meter is positioned between (4311) and (4338). The control of the SLMs (4405) (4412) (4417) is defined by the tables AN N and BN N. The position of (4332) is set from
2 '2' so that FEDI has an image as punctual as possible on the frequency meter.
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Etape 28. Réglage de l'orientation du miroir semi-transparent (4311). Step 28. Adjusting the orientation of the semitransparent mirror (4311).
Ce miroir semi-transparent est monté sur un positionneur deux axes en rotation (les deux axes étant dans le plan du miroir semi-transparent) permettant d'en ajuster l'orientation. This semi-transparent mirror is mounted on a positioner two axes in rotation (the two axes being in the plane of the semi-transparent mirror) to adjust the orientation.
Le réglage des SLM n'est pas modifié. Un diffuseur est utilisé pour contrôler la trajectoire du faisceau. (4311) est réglé de manière à ce que que le faisceau FEDI suive la trajectoire prévue. The SLM setting is not changed. A diffuser is used to control the path of the beam. (4311) is set so that the FEDI beam follows the intended path.
Etape 29. Réglage de l'orientation du miroir à deux faces (4424)
Le miroir double (4424) est monté sur un positionneur deux axes en rotation, les deux axes étant dans le plan de la face non réfléchissante. Step 29. Adjusting the orientation of the two-sided mirror (4424)
The double mirror (4424) is mounted on a two-axis rotational positioner, the two axes being in the plane of the non-reflecting face.
(4424) est réglé de manière à ce que FEDI parvienne au centre de (4427), ce qui est vérifié à l'aide d'un diffuseur. (4424) is set so that FEDI reaches the center of (4427), which is verified using a diffuser.
Etape 30. Réglage de l'orientation du SLM (4427). Step 30. Setting the orientation of the SLM (4427).
Ce SLM est monté sur un positionneur deux axes en translation dans le plan du SLM, couplé avec un positionneur trois axes en rotation permettant d'en ajuster l'orientation (axes dans le plan du capteur) et la position en rotation (axe dans un plan orthogonal au capteur). This SLM is mounted on a positioner two axes in translation in the plane of the SLM, coupled with a positioner three axes in rotation to adjust the orientation (axes in the plane of the sensor) and the position in rotation (axis in a orthogonal plane to the sensor).
Les tableaux de commande des SLM (4405) (4412) (4417) ne sont pas modifiés. Le tableau de commande du SLM (4427) est mis à 1. SLM (4405) (4412) (4417) control panels are not modified. The SLM control panel (4427) is set to 1.
Le trajet du faisceau étant contrôlé à l'aide d'un diffuseur, la position angulaire de (4427) est réglée de manière à ce que le faisceau FEDI vise le point prévu sur (4424). The beam path being controlled by a diffuser, the angular position of (4427) is adjusted so that the FEDI beam is aimed at the point provided on (4424).
Etape 31. Réglage fin de l'orientation du miroir à deux faces (4424), réglage en rotation et translation de (4427) et réglage de la focale et de la position du doublet (4425)(4426). Step 31. Fine adjustment of the orientation of the two-sided mirror (4424), rotation and translation adjustment of (4427) and adjustment of the focal length and position of the doublet (4425) (4426).
La position de (4425) (4426) doit être réglée de manière à ce que l'image du faisceau FEDI, lorsque les tableaux de commande ANpix Npix et BNpix Npix sont appliqués respectivement au SLM (4405) et aux
2 ' 2 2 ' 2 SLM (4412) et (4417), soit effectivement ponctuelle dans le plan de fréquence ou se trouve (4427). La position de (4424) et (4427) doit être réglée pour que dans ces conditions le point illuminé sur le SLM
(4427) ait pour coordonnées C N2'x , ## . La position de (4425)(4426)(4427) doit en outre être réglée pour qu'il y ait une correspondance point à point entre les pixels de (4417) et ceux de (4427), c'est-à-dire
pour que, lorsque les tableaux de commande A,,, et B,, sont appliqués respectivement au SLM (4405) et aux SLM (4412) et (4417), le point éclairé sur (4427) soit le pixel de coordonnées (i,j), quels que soient les entiers i et j. The position of (4425) (4426) shall be adjusted so that the FEDI beam image, when the ANpix Npix and BNpix Npix control panels are applied to the SLM (4405) and
2 '2 2' 2 SLM (4412) and (4417), or actually punctual in the frequency plane where is (4427). The position of (4424) and (4427) must be adjusted so that under these conditions the point illuminated on the SLM
(4427) has for coordinates C N2'x, ##. The position of (4425) (4426) (4427) shall further be adjusted so that there is a point-to-point correspondence between the pixels of (4417) and those of (4427), i.e.
so that when the control boards A ,,, and B ,, are respectively applied to the SLM (4405) and the SLMs (4412) and (4417), the illuminated point on (4427) is the coordinate pixel (i, j), whatever the integers i and j.
Le fréquencemètre est positionné entre (4424) et (4428). Son polariseur est mis en place. Le faisceau FEDI est utilisé. Le tableau de commande de (4427) est mis à 0 et le polariseur du fréquencemètre The frequency meter is positioned between (4424) and (4428). Its polarizer is set up. The FEDI beam is used. The control board of (4427) is set to 0 and the polarizer of the frequency meter
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est réglé pour annuler l'intensité reçue sur le CCD du fréquencemètre. La série des opérations o21 à o23 est alors répétée un nombre suffisant de fois, pour converger vers un réglage correct. is set to cancel the intensity received on the frequency meter's CCD. The series of operations o21 to o23 is then repeated a sufficient number of times, to converge to a correct setting.
021. Réglage de la position conjointe de (4425) et (4426) pour obtenir une image en fréquence ponctuelle. 021. Adjusts the joint position of (4425) and (4426) to obtain a point-in-time image.
Le tableau de commande ANpix Npix est appliqué au SLM (4405) et le tableau de
2 1,2 commande BNpix Npix est appliqué aux SLM (4412) et (4417). Le tableau de commande appliqué à (4427)
2 ' 2 est mis à 1. La position de l'ensemble (4425) (4426) est ajustée pour avoir sur le capteur CCD du fréquencemètre une image aussi ponctuelle que possible. The ANpix Npix control panel is applied to the SLM (4405) and the
2 1,2 BNpix Npix command is applied to the SLM (4412) and (4417). The control board applied to (4427)
2 '2 is set to 1. The position of the set (4425) (4426) is adjusted to have on the CCD sensor of the frequency meter an image as punctual as possible.
022. Réglage de l'orientation de (4424) et réglage en translation de (4427) pour obtenir une image en fréquence centrée. 022. Setting the (4424) orientation and translational setting of (4427) to obtain a centered frequency image.
(4424) et (4427) sont réglés pour que la fréquence centrale générée soit au milieu du SLM. Ce réglage se fait avec le fréquencemètre et le programme PA de localisation du maximum défini plus haut. (4424) and (4427) are set so that the generated center frequency is in the middle of the SLM. This adjustment is made with the frequency meter and the PA program for locating the maximum defined above.
Toutefois, dans ce programme de localisation du maximum, le SLM (4412) est içi remplacé par le SLM (4427). However, in this maximum location program, the SLM (4412) is hereby replaced by the SLM (4427).
023. Réglage de (4425) pour obtenir le bon grandissement en fréquence et réglage en rotation de (4427). 023. Adjustment of (4425) to obtain the correct frequency increase and rotation setting of (4427).
Le programme PC est utilisé. Toutefois, dans ce programme: - le SLM (4412) est remplacé par le SLM (4427) - lorsque un mot de commande Al,j est appliqué au SLM (4405), le mot de commande Bl,jcorrespondant est appliqué en plus aux SLM (4412) et (4417). The PC program is used. However, in this program: - the SLM (4412) is replaced by the SLM (4427) - when a command word Al, j is applied to the SLM (4405), the corresponding command word B1 is applied in addition to the SLMs (4412) and (4417).
La correction de distance inter-lentilles obtenue est appliquée à la distance entre (4425) et (4426) et le réglage en rotation est effectué sur (4427). The inter-lens distance correction obtained is applied to the distance between (4425) and (4426) and the rotation setting is made to (4427).
Etape 32. Réglage en translation 2 axes du diaphragme (4428) (4428) est monté sur un positionneur deux axes en translation permettant des déplacements dans un plan orthogonal à l'axe optique. Step 32. Adjustment in 2-axis translation of the diaphragm (4428) (4428) is mounted on a two-axis translational positioner allowing displacements in a plane orthogonal to the optical axis.
L'ouverture de (4428) est connue. Il doit être réglé en translation. The opening of (4428) is known. It must be set in translation.
FEDI est utilisé. (4428) est provisoirement supprimé. Un CCD auxiliaire est placé juste derrière (4428). Le tableau de commande ANpix Npix est appliqué au SLM (4405) et le tableau de
2 ' 2 commande BNpix Npix est appliqué aux SLM (4412) et (4417). Le tableau de commande de (4427) est à 1. Le
2 ' 2 centre de la zone éclairée est repéré sur le CCD auxiliaire. (4428) est alors mis en place de manière à ce que son centre coïncide avec le centre de la zone éclairée. FEDI is used. (4428) is provisionally deleted. An auxiliary CCD is placed just behind (4428). The ANpix Npix control panel is applied to the SLM (4405) and the
2 '2 BNpix Npix command is applied to the SLM (4412) and (4417). The control board of (4427) is 1. The
2 '2 center of the illuminated area is marked on the auxiliary CCD. (4428) is then set up so that its center coincides with the center of the illuminated area.
Etape 33. Réglage en rotation du polariseur (4352) Step 33. Rotating the polarizer (4352)
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Ce polariseur est monté sur un positionneur un axe en rotation permettant d'en ajuster la position en rotation autour de son axe optique. This polarizer is mounted on a positioner a rotating axis for adjusting the rotational position about its optical axis.
FEDI est utilisé. Le tableau de commande de (4427) est mis à 0. Les tableaux de commande des SLM (4405) (4412)(4417) ne sont pas modifiés. La position en rotation de (4352) est ajustée pour annuler l'intensité reçue sur le CCD (4339). FEDI is used. The (4427) control panel is set to 0. The SLM (4405) (4412) (4417) control panels are not modified. The rotational position of (4352) is adjusted to cancel the intensity received on the CCD (4339).
Etape 34. Réglage de l'orientation du miroir (4344)
Ce miroir est monté sur un positionneur permettant un ajustement de son orientation. Le diaphragme (4349) est largement ouvert. Un diffuseur est utilisé pour vérifier que le faisceau FRD parvient au CCD (4339) et est centré sur ce CCD. Step 34. Adjusting the orientation of the mirror (4344)
This mirror is mounted on a positioner allowing an adjustment of its orientation. The diaphragm (4349) is wide open. A diffuser is used to verify that the FRD beam reaches the CCD (4339) and is centered on this CCD.
Etape 35. Réglage de la position et de l'ouverture du diaphragme (4349)
Ce diaphragme est monté sur un positionneur deux axes en translation permettant un déplacement dans le plan de l'axe optique, et a une ouverture réglable. Step 35. Adjusting the position and opening of the diaphragm (4349)
This diaphragm is mounted on a positioner two axes in translation allowing movement in the plane of the optical axis, and has an adjustable opening.
Sa position est réglée en présence de FRD pour que l'image du diaphragme soit centrée sur le CCD et son ouverture est réglée pour que cette image couvre la totalité du CCD. Its position is adjusted in the presence of FRD so that the image of the diaphragm is centered on the CCD and its aperture is set so that this image covers the entire CCD.
Etape 36. Réglage de la focale et de la position du doublet (4430) (4429) et réglage en translation et rotation du capteur (4339)
Les lentilles (4430) (4429) sont montées sur un positionneur en translation permettant d'une part de déplacer solidairement les deux lentilles, d'autre part de déplacer (4429) par rapport à (4430). Step 36. Adjusting the focal length and position of the doublet (4430) (4429) and setting in translation and rotation of the sensor (4339)
The lenses (4430) (4429) are mounted on a translational positioner allowing one hand to move the two lenses together and to move (4429) relative to (4430).
Le CCD (4339), solidaire de la caméra (4384) est monté sur un positionneur trois axe en rotation permettant d'une part une rotation autour de l'axe optique, d'autre part un réglage de l'orientation du capteur, couplé avec un positionneur trois axes en translation. The CCD (4339), integral with the camera (4384) is mounted on a three-axis rotational positioner allowing on the one hand a rotation around the optical axis, on the other hand a setting of the orientation of the sensor, coupled with a three-axis positioner in translation.
Les positionneurs des lentilles (4430) (4429) et de la caméra (4384) sont eux-mêmes montés sur un positionneur permettant un déplacement de l'ensemble dans la direction de l'axe optique. The positioners of the lenses (4430) (4429) and the camera (4384) are themselves mounted on a positioner allowing a displacement of the assembly in the direction of the optical axis.
La position de (4430) (4429) doit être réglée de manière à ce que l'image du faisceau FEDI, lorsque les tableaux de commande ANpix Npix et BNpix Npix sont appliqués respectivement au SLM (4405) et aux 2 ' 2 2,2 SLM (4412) et (4417) et lorsque le tableau de commande de (4427) est mis à 1, soit effectivement ponctuelle dans le plan de fréquence ou se trouve (4339). La position de (4339) doit être réglée pour que (Npix Npix) dans ces conditions le point illuminé sur le CCD (4339) ait pour coordonnées Npix/2, Npix/2). La position de (4339) (4429)(4430) doit en outre être réglée pour qu'il y ait une correspondance point à point entre les pixels de (4417) et ceux de (4339), c'est-à-dire pour que, lorsque les tableaux de commande Al,j et Bl,j sont appliqués respectivement au SLM (4405) et aux SLM (4412) et (4417) et lorsque le tableau de The position of (4430) (4429) shall be adjusted so that the FEDI beam image, when the ANpix Npix and BNpix Npix control panels are applied respectively to the SLM (4405) and the 2 '2 2.2 SLM (4412) and (4417) and when the control board of (4427) is set to 1, is actually punctual in the frequency plane or is (4339). The position of (4339) must be set so that (Npix Npix) under these conditions the point illuminated on the CCD (4339) has coordinates Npix / 2, Npix / 2). The position of (4339) (4429) (4430) must further be set so that there is a point-to-point correspondence between the pixels of (4417) and those of (4339), i.e. that when the control boards Al, j and B1, j are respectively applied to the SLM (4405) and the SLMs (4412) and (4417) and when the
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commande de (4427) est à 1, le point éclairé sur (4339) soit le pixel de coordonnées (i, j), quels que soient les entiers i et}. control of (4427) is at 1, the illuminated point on (4339) is the coordinate pixel (i, j), irrespective of the integers i and}.
Les faisceaux FEDI et FRD sont utilisés. The FEDI and FRD bundles are used.
Le tableau C appliqué à (4427) est mis à 1. Table C applied to (4427) is set to 1.
La série des opérations o31à o33est répétée un nombre suffisant de fois. The series of operations o31 to o33 is repeated a sufficient number of times.
031. Réglage de la position conjointe de (4429) et (4430) pour obtenir une image en fréquence ponctuelle. 031. Adjusts the joint position of (4429) and (4430) to obtain a point-in-time image.
Le tableau de commande ANpix@Npix est appliqu au SLM (4405) et le tableau de
2 2 commande BNpix@Npix est appliqué aux SLM (4412) et (4417). La ponctualité de l'image générée sur le
2 2 CCD (4339) est évaluée selon la procédure décrite en 7.3.3.1. La position de l'ensemble (4429) (4430) est ajustée pour avoir une image aussi ponctuelle que possible. The ANpix @ Npix control panel is applied to the SLM (4405) and the
2 2 BNpix @ Npix command is applied to SLMs (4412) and (4417). The punctuality of the image generated on the
CCD (4339) is evaluated according to the procedure described in 7.3.3.1. The position of the set (4429) (4430) is adjusted to have an image as punctual as possible.
032. Réglage en translation de (4339) pour obtenir une image en fréquence centrée. 032. Translation setting of (4339) to obtain a centered frequency image.
La position en translation de (4339) est ajustée pour que les coordonnées de l'image ponctuelle,
calculées selon la procédure indiquée en 7.3.3.1., soient ##, Nprx1 033. Réglage de (4429) pour obtenir le bon grandissement en fréquence et réglage en rotation de (4339). The translational position of (4339) is adjusted so that the coordinates of the point image,
calculated using the procedure given in 7.3.3.1., to be ##, Nprx1 033. Adjustment of (4429) to obtain the correct frequency increase and rotation setting of (4339).
Le programme PC est utilisé. Toutefois, dans ce programme: - lorsque un mot de commande Al,j est appliqué au SLM (4405), le mot de commande Bl,j correspondant est appliqué en plus aux SLM (4412) et (4417). The PC program is used. However, in this program: when a control word A1, j is applied to the SLM (4405), the corresponding control word B1, j is additionally applied to the SLMs (4412) and (4417).
- les tableauxX[i] et Y[i] ne sont pas obtenues par la procédure PB. Ils correspondent aux coordonnées du maximum déterminées par la procédure décrite en 7.3.3.1., sans action spécifique sur un SLM. the tables X [i] and Y [i] are not obtained by the procedure PB. They correspond to the coordinates of the maximum determined by the procedure described in 7.3.3.1., Without specific action on an SLM.
La correction de distance inter-lentilles obtenue est appliquée à la distance entre (4429) et (4430). The inter-lens distance correction obtained is applied to the distance between (4429) and (4430).
Le réglage en rotation est effectué sur (4339) (4384), en rotation autour de l'axe optique. The rotation setting is made on (4339) (4384), rotated about the optical axis.
X [1]-X[4]
L'orientation du CCD est réglée pour avoir y2i -Y3, ~ 1 Etape 37. Réglage de la position en translation de l'ensemble constitué du CCD (4339) et du doublet (4430) (4429). X [1] -X [4]
The orientation of the CCD is set to have y2i -Y3, ~ 1 Step 37. Setting the translational position of the set consisting of the CCD (4339) and the doublet (4430) (4429).
Le faisceau FRDI est utilisé. Un CCD auxiliaire est mis en place à l'emplacement du diaphragme (4313). La position dudit ensemble est ajustée pour que l'image de FRDI sur le CCD auxiliaire soit ponctuelle. The FRDI beam is used. An auxiliary CCD is set up at the location of the diaphragm (4313). The position of said set is adjusted so that the FRDI image on the auxiliary CCD is punctual.
Etape 38. Réglage de l'orientation du miroir (4347)
Ce miroir est monté sur un positionneur deux axes permettant d'en ajuster l'orientation. Step 38. Adjusting the orientation of the mirror (4347)
This mirror is mounted on a two-axis positioner to adjust the orientation.
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La commande des SLM est inchangée. Entre (4345) et (4346), deux faisceaux se propageant en sens opposé sont superposés. Un diffuseur introduit sur le coté du faisceau sera illuminé des deux cotés. Les parties illuminées de chaque coté du diffuseur doivent être les mêmes : deux faisceaux sont alors exactement superposés. (4347) est réglé pour qu'entre (4345) et (4346) les faisceaux se propageant dans les deux sens soient exactement superposés. The SLM control is unchanged. Between (4345) and (4346), two beams propagating in opposite directions are superimposed. A diffuser introduced on the side of the beam will be illuminated on both sides. The illuminated parts on each side of the diffuser must be the same: two beams are then exactly superimposed. (4347) is set so that between (4345) and (4346) the beams propagating in both directions are exactly superimposed.
Etape 39. Réglage en translation de la lentille (4346)
La lentille (4346) est montée sur un positionneur un axe en translation permettant d'en ajuster la position dans le sens de l'axe optique. Step 39. Translational adjustment of the lens (4346)
The lens (4346) is mounted on a positioner a translational axis to adjust the position in the direction of the optical axis.
FRDI est utilisé. Le fréquencemètre est positionné sur la trajectoire de FRDI entre (4345) et (4430). FRDI is used. The frequency meter is positioned on the FRDI path between (4345) and (4430).
La position de la lentille (4346) est ajustée pour que l'image sur le CCD du fréquencemètre soit ponctuelle. The position of the lens (4346) is adjusted so that the image on the CCD of the frequency meter is punctual.
Etape 40. Réglage de l'orientation du miroir semi-transparent (4345)
Le miroir semi-transparent (4345) est monté sur un positionneur deux axes permettant d'en ajuster l'orientation. Step 40. Setting the orientation of the semi-transparent mirror (4345)
The semi-transparent mirror (4345) is mounted on a two-axis positioner to adjust the orientation.
Un capteur auxiliaire est provisoirement mis en place derrière (4313). Le miroir semi-transparent (4313) est réglé pour que l'image sur ce capteur provisoire soit centrée par rapport au diaphragme (4313). An auxiliary sensor is provisionally put in place behind (4313). The semi-transparent mirror (4313) is set so that the image on this temporary sensor is centered relative to the diaphragm (4313).
Etape 41. réglage de position des objectifs (4317) et (4319) en translation. Step 41. position adjustment of the objectives (4317) and (4319) in translation.
L'objectif (4319) est monté sur un dispositifde focalisation. L'objectif (4317) est monté sur un positionneur deux axes en translation permettant un déplacement dans un plan orthogonal à l'axe optique. The objective (4319) is mounted on a focusing device. The objective (4317) is mounted on a positioner two axes in translation allowing movement in a plane orthogonal to the optical axis.
Le faisceau FRDI est utilisé. Un capteur CCD provisoire est positionnéjuste derrière (4323) sur la trajectoire de FRDI. La position des objectifs est réglée pour obtenir une image ponctuelle centrée. The FRDI beam is used. A temporary CCD sensor is positioned just behind (4323) on the FRDI path. The position of the lenses is set to obtain a focused spot image.
Etape 42. Introduction d'un faisceau d'éclairage plan provisoire. Step 42. Introduction of a provisional lighting beam.
Ce faisceau, que l'on appellera 'FEP', est dérivé du laser par un miroir semi-transparent placé entre (4304) et (4305) et il est amené par unjeu de miroirs vers l'entrée de l'objectif de microscope (4317), du coté de l'échantillon. L'objectif (4319) doit être provisoirement supprimé à cet effet. A l'entrée dans l'objectif, ce faisceau est dirigé suivant l'axe optique de l'objectif. This beam, which will be called 'FEP', is derived from the laser by a semi-transparent mirror placed between (4304) and (4305) and is brought by a set of mirrors towards the entrance of the microscope objective ( 4317), on the side of the sample. Objective (4319) must be provisionally removed for this purpose. At the entrance to the lens, this beam is directed along the optical axis of the lens.
Etape 43. réglage de l'orientation du miroir (4314) et réglage en translation de la lentille(4312). Step 43. adjusting the orientation of the mirror (4314) and translational adjustment of the lens (4312).
Le miroir (4314) est monté sur un positionneur angulaire permettant d'en ajuster l'orientation. La lentille (4312) est montée sur un positionneur un axe en translation dans le sens de l'axe optique. The mirror (4314) is mounted on an angular positioner to adjust its orientation. The lens (4312) is mounted on a positioner an axis in translation in the direction of the optical axis.
FEP et FRD sont utilisés. Une image est obtenue à partir du capteur (4339). La ponctualité et les coordonnées du point image de FEP sont évaluées par la procédure décrite en 7.3.3.1. FEP and FRD are used. An image is obtained from the sensor (4339). The punctuality and the coordinates of the FEP image point are evaluated by the procedure described in 7.3.3.1.
La lentille (4312) est réglée pour que l'image soit ponctuelle. The lens (4312) is set so that the image is punctual.
Le miroir (4314) est réglé pour que l'image soit centrée. The mirror (4314) is set so that the image is centered.
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Etape 44. réglage de position des objectifs. Step 44. Adjusting the position of the lenses.
Le faisceau FEP est supprimé et l'objectif (4317) est remis en place. Le faisceau FRDI est utilisé. The FEP beam is removed and the objective (4317) is replaced. The FRDI beam is used.
Un capteur CCD provisoire est mis en place derrière (4323) sur la trajectoire de FRDI. Les objectifs sont réglés pour que l'image soit ponctuelle et centrée par rapport au diaphagme (4323). A temporary CCD sensor is set up behind (4323) on the FRDI path. The objectives are set so that the image is punctual and centered with respect to the diapham (4323).
Etape 45. Réglage en translation de la lentille (4324). Step 45. Translational adjustment of the lens (4324).
FED est utilisé. Il traverse successivement les objectifs (4317) et (4319), puis la lentille (4324) et parvient au fréquencemètre, qui est positionné derrière (4324). La position de (4324) est réglée de manière à obtenir une image aussi ponctuelle que possible sur le CCD du fréquencemètre. EDF is used. It crosses successively the objectives (4317) and (4319), then the lens (4324) and reaches the frequency meter, which is positioned behind (4324). The position of (4324) is set to obtain as accurate an image as possible on the frequency meter's CCD.
Etape 46. Réglage de l'orientation des miroirs (4432) (4435), premier réglage en rotation de (4436) et premier réglage de l'orientation du miroir semi-transparent (4325)
Les SLM (4405) (4412)(4417) sont commandés de manière à générer une fréquence centrale. Le faisceau FEG est utilisé. (4325) est en position normale. Le trajet du faisceau est contrôlé avec un diffuseur. Step 46. Mirror Orientation Adjustment (4432) (4435), First Rotation Adjustment of (4436) and First Orientation Adjustment of Semi-Transparent Mirror (4325)
SLMs (4405) (4412) (4417) are controlled to generate a center frequency. The FEG beam is used. (4325) is in the normal position. The path of the beam is controlled with a diffuser.
Chaque miroir est ajusté de manière à avoir la trajectoire prévue. Le faisceau doit en particulier occuper toute l'ouverture de (4323). Each mirror is adjusted to have the intended trajectory. In particular, the beam must occupy the entire opening of (4323).
Etape 47. Mise en place de l'extincteur de faisceau (4437)
Cet extincteur de faisceau est mis en place comme indiqué en 7.3.2.2. Step 47. Installation of the beam extinguisher (4437)
This beam extinguisher is put in place as described in 7.3.2.2.
Etape 48. Réglage de la position et de la focale du doublet (4433) (4434), réglage en rotation de l'ensemble (4436), et réglage de l'orientation du miroir semi-transparent (4325). Step 48. Adjusting the position and the focal length of the doublet (4433) (4434), adjusting the rotation of the assembly (4436), and adjusting the orientation of the semi-transparent mirror (4325).
La lentille (4434) est montée sur un positionneur en translation suivant l'axe optique. Ce positionneur et la lentille (4433) sont eux-mêmes montés sur second un positionneur en translation un axe suivant l'axe optique. The lens (4434) is mounted on a positioner in translation along the optical axis. This positioner and the lens (4433) are themselves mounted on a second positioner in translation an axis along the optical axis.
La position de (4433) (4434) doit être réglée de manière à ce que l'image du faisceau FEG, lorsque les tableaux de commande ANpix Npix et BNpix Npix sont appliqués respectivement au SLM (4405) et aux
2 ' 2 2 ' 2 SLM (4412) et (4417) et lorsque le tableau de commande de (4427) est mis à 1, soit effectivement ponctuelle dans le plan de fréquence ou se trouve (4339). La position de (4325) doit être réglée pour que dans ces conditions le point illumin sur le CCD (4339) ait pour coordonnes (Npix/2,Npix/2). La position de (4433) (4434)(4436)(4325) doit en outre être réglée pour qu'il y ait une correspondance point à point entre les pixels de (4417) et ceux de (4339), c'est-à-dire pour que, lorsque les tableaux de commande Al,jet Bl,j sont appliqués respectivement au SLM (4405) et aux SLM (4412) et (4417) et lorsque le tableau de commande de (4427) est à 1, le point éclairé sur (4339) soit le pixel de coordonnées (i,j), quels que soient les entiers i et}. The position of (4433) (4434) shall be adjusted so that the FEG beam image, when the ANpix Npix and BNpix Npix control panels are applied to the SLM (4405) and
2 '2 2' 2 SLM (4412) and (4417) and when the control board of (4427) is set to 1, is actually punctual in the frequency plane or is (4339). The position of (4325) must be set so that under these conditions the illuminated point on the CCD (4339) has coordinates (Npix / 2, Npix / 2). The position of (4433) (4434) (4436) (4325) shall further be set so that there is a point-to-point correspondence between the pixels of (4417) and those of (4339), that is, ie, when the control boards A1, jet B1, j are applied respectively to the SLM (4405) and the SLMs (4412) and (4417) and when the control board of (4427) is 1, the point illuminated on (4339) is the pixel of coordinates (i, j), whatever are the integers i and}.
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Les faisceau FRD et FEG sont utilisés. Le tableau de commande appliqué à (4427) est mis à 1. The FRD and FEG beams are used. The control board applied to (4427) is set to 1.
Ce réglage est effectué en effectuant un nombre suffisant de fois les étapes o41 à o43 041. Réglage de la position conjointe de (4433) et (4434) pour obtenir une image en fréquence ponctuelle. This adjustment is made by performing steps o41 to o43 041 a sufficient number of times. Setting the joint position of (4433) and (4434) to obtain a spot frequency image.
Le tableau de commande ANpix Npix est appliqué au SLM (4405) et le tableau de
2,2 commande BNpix Npix est appliqué aux SLM (4412) et (4417). La ponctualité de l'image générée sur le CCD
2,2 (4339) est évaluée selon la procédure décrite en 7.3.3.1. La position de l'ensemble (4433) (4434) est ajustée pour avoir une image aussi ponctuelle que possible. The ANpix Npix control panel is applied to the SLM (4405) and the
2.2 BNpix Npix command is applied to SLM (4412) and (4417). Punctuality of the image generated on the CCD
2.2 (4339) is evaluated according to the procedure described in 7.3.3.1. The position of the set (4433) (4434) is adjusted to have an image as punctual as possible.
042. Réglage angulaire de (4325) pour obtenir une image en fréquence centrée. 042. Angular adjustment of (4325) to obtain a centered frequency image.
La position angulaire de (4325) est ajustée pour que les coordonnées de l'image ponctuelle, calculées selon la procédure indiquée en 7.3.3.1., soient (Npix/2, Npix 2 2 043. Réglage de (4433) pour obtenir le bon grandissement en fréquence et réglage en rotation de (4436). The angular position of (4325) is adjusted so that the coordinates of the point image, calculated according to the procedure indicated in 7.3.3.1., Are (Npix / 2, Npix 2 2 043. Setting of (4433) to obtain the correct frequency increase and rotation setting of (4436).
Le programme PC est utilisé. Toutefois, dans ce programme: - lorsque un mot de commande Al,j est appliqué au SLM (4405), le mot de commande Bl,jcorrespondant est appliqué aux SLM (4412) et (4417). The PC program is used. However, in this program: when a control word A1, j is applied to the SLM (4405), the corresponding control word B1 is applied to the SLMs (4412) and (4417).
- les valeurs X[i] et Y[i] ne sont pas obtenues par la procédure PB. Ils correspondent aux coordonnées du maximum déterminées par la procédure décrite en 7.3.3.1., sans action spécifique sur un SLM. the values X [i] and Y [i] are not obtained by the procedure PB. They correspond to the coordinates of the maximum determined by the procedure described in 7.3.3.1., Without specific action on an SLM.
La correction de distance inter-lentilles obtenue est appliquée à la distance entre (4433) et (4434) et le réglage en rotation est effectué sur (4436). The inter-lens distance correction obtained is applied to the distance between (4433) and (4434) and the rotation setting is made on (4436).
Etape 49. Réglage du reste de la partie 'gauche' du microscope
Chaque élément encore non réglé correspond à un élément symétrique dans la partie droite du microscope. Le réglage des éléments encore non réglés est 'symétrique' du réglage des éléments correspondants de la partie droite du microscope. Il est effectué de manière symétrique, le faisceau FEGI remplaçant le faisceau FEDI. Toutefois il doit être tenu compte du fait suivant: - un point centré en (Npix/2,Npix/2)sur le capteur (4339) peut être obtenu avec des tableaux de commande
AN pb N pb et BN pb N pb des SLM (4405),(4412),(4417) et avec le faisceau FEG. Il peut être également 2 ' 2 2 2
obtenu avec les tableaux de commande A NN BN M et avec le faisceau FEDI. 2 ' 2 ' Step 49. Adjusting the rest of the 'left' part of the microscope
Each element still not regulated corresponds to a symmetrical element in the right part of the microscope. The adjustment of the elements that are still not adjusted is 'symmetrical' to the setting of the corresponding elements of the right part of the microscope. It is performed symmetrically, with the FEGI beam replacing the FEDI beam. However, the following fact must be taken into account: - a point centered in (Npix / 2, Npix / 2) on the sensor (4339) can be obtained with control panels
AN pb N pb and BN pb N pb of the SLMs (4405), (4412), (4417) and with the FEG beam. It can also be 2 '2 2 2
obtained with control panels A NN BN M and with the FEDI beam. 2 '2'
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(Npix pix Npix) - un point centr en (Npix/2,Npix/2) sur le capteur (4329) peut être obtenu avec des tableaux de commande ANpix@N et B N des SLM (4405),(4412),(4417) et avec le faisceau FED. Il peut être également 2 ' 2 2 obtenu avec les tableaux de commande ANpix Npix BNpix Npix et avec le faisceau FEGI. (Npix pix Npix) - a center point in (Npix / 2, Npix / 2) on the sensor (4329) can be obtained with ANpix @ N and BN control panels of the SLMs (4405), (4412), (4417) ) and with the FED beam. It can also be 2 '2 2 obtained with the ANpix Npix BNpix Npix control panels and with the FEGI beam.
2,2 2,2 Les mots de commande des SLM ne sont donc pas parfaitement équivalents pendant les deux réglages. Le réglage de la partie gauche du microscope comprend en particulier des étapes équivalentes aux étapes 31 et 36. Dans ces étapes, les tableaux de commande AN N et BNpix N doivent être remplacés par 2 2 2 2
Etape 50. Mise en place de (4351)
Ce dispositif de décalage de phase est identique à celui décrit en 7. 2.3. et mis en place comme indiqué en 7.3.2.3. 2,2 2,2 The control words of the SLM are therefore not perfectly equivalent during the two settings. The adjustment of the left part of the microscope comprises in particular steps equivalent to steps 31 and 36. In these steps, the control panels AN N and BNpix N must be replaced by 2 2 2 2
Step 50. Establishment of (4351)
This phase shift device is identical to that described in 7. 2.3. and set up as described in 7.3.2.3.
A l'issue de cet ensemble de réglages le système est prêt à être employé. At the end of this set of settings the system is ready to be used.
8. 6. Variante du mode d'utilisation. 8. 6. Variation of the mode of use.
On peut se limiter, pour générer l'image tridimensionnelle de l'objet, à la représentation
Fo,odéfinie en 7.17. Ceci revient, dans la procédure décrite en 7.17.2., à adopter des tableaux IBp,q nuls pour tout couple (p, q) # (0,0). One can limit oneself, to generate the three-dimensional image of the object, to the representation
Fo, as defined in 7.17. This amounts, in the procedure described in 7.17.2., To adopt tables IBp, q void for any pair (p, q) # (0,0).
On suppose également içi que l'objet a un indice moyen proche de l'indice nominal de l'objet observé et que la table optique est totalement exempte de vibrations. It is also assumed that the object has an average index close to the nominal index of the object observed and that the optical table is totally free of vibrations.
Les étapes 7.9, 7.10, 7.11, 7.13, 7.15, 7.16 peuvent alors être supprimées. La présente méthode diffère en outre de la précédente par la méthode utilisée pour régler la position des objectifs avant utilisation, par les tableaux de commande appliqués au déviateur de faisceau pendant la prise d'image, et par l'algorithme de superposition des images. Steps 7.9, 7.10, 7.11, 7.13, 7.15, 7.16 can then be deleted. The present method also differs from the previous method by the method used to adjust the position of the lenses before use, by the control boards applied to the beam deflector during the imaging, and by the image overlay algorithm.
8. 6.1. Réglage des objectifs. 8. 6.1. Goal setting.
Ce réglage peut être effectué en présence de l'objet. Il peut également être effectué avec une lame transparente à condition de ne pas déplacer les objectif quand on introduit l'objet. Si des objectifs prévus pour fonctionner sans liquide d'immersion ni lame couvre-objet sont prévus (indice nominal égal à 1) et si l'échantillon est peu épais ou d'indice moyen proche de 1, il peut également être effectué en l'abscence d'objet. Pendant ce réglage on utilise les faisceaux FEG et FRD et on effectue les opérations suivantes: - on met à 0 le tableau de commande du SLM (4405) - on met à 1 les tableaux de commande des autres SLM. This setting can be made in the presence of the object. It can also be done with a transparent blade provided you do not move the lens when you introduce the object. If objectives intended to operate without immersion liquid or slide are provided (nominal index equal to 1) and if the sample is thin or of average index close to 1, it can also be done in the same way. object abscence. During this adjustment, the FEG and FRD beams are used and the following operations are performed: - the control panel of the SLM (4405) is set to 0 - the control panels of the other SLMs are set to 1.
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- on règle le polariseur (4408) en rotation de manière à annuler le faisceau FEG reçu sur (4339). the polarizer (4408) is rotated so as to cancel the received FEG beam on (4339).
- on applique au SLM (4405) le tableau de commande BNpix Npix qui est nul en tout point sauf au point de 2 ' 2 coordonnées (Npix/2,Npix/2). the control panel BNpix Npix is applied to the SLM (4405) which is zero in all respects except at the point of 2 '2 coordinates (Npix / 2, Npix / 2).
- on évalue la ponctualité de l'image reçue sur le capteur (4339) en utilisant la procédure décrite en 7.3.3.1. avec transformation de Fourier. the punctuality of the image received on the sensor (4339) is evaluated using the procedure described in 7.3.3.1. with Fourier transformation.
- on règle la position des objectifs pour que l'image soit parfaitement ponctuelle et centrée. - The position of the lenses is adjusted so that the image is perfectly punctual and centered.
- on ramène alors le polariseur (4408) a sa position initiale. the polarizer (4408) is then returned to its initial position.
8. 6.2. commande du déviateur de faisceau
Le tableau de commande Alj utilisé en 8.4.1. pour le SLM (4405) est remplacé
8. 6.2. beam deflector control
The Alj control panel used in 8.4.1. for the SLM (4405) is replaced
8.6.3.algorhhme de calcul de la représentation tridimensionnelle
Les étapes 1 et 2 de l'algoritlune décrit en 7. 17.2. peuvent être supprimées. En effet, le réglage supplémentaire effectué, le tableau de commande du déviateur de faisceau utilisé, et l'abscence de vibrations permettent d'éviter tout décalage de phase du faisceau d'éclairage. En particulier, si la variante décrite en 7.18.5. est utilisée, le dispositif de décalage de phase (4304) n'est pas utilisé, le déphasage # d étant constant et pouvant être choisi comme nul.
8.6.3.calgorithm for calculating the three-dimensional representation
Steps 1 and 2 of the algorithm described in 7. 17.2. can be deleted. In fact, the additional adjustment made, the control panel of the beam deflector used, and the absence of vibrations make it possible to avoid any phase shift of the lighting beam. In particular, if the variant described in 7.18.5. is used, the phase shifter (4304) is not used, the phase shift # d being constant and can be selected as zero.
9. Cinquième mode de réalisation
Ce mode de réalisation ne permet pas une acquisition d'images aussi rapide que le mode précédent et n'est pas, pour cette raison, le mode préféré de réalisation dans le cas général. Néanmoins, dans le domaine particulier des rayonnements UV, il constitue le mode de réalisation préféré. En effet, dans ce domaine, les modes de réalisation 3 et 4 ne sont pas réalisables du fait de la non-disponibilité des cristaux liquides et des polariseurs. Compte tenu du fait qu'il peut fonctionner avec des rayonnements UV de courte longueur d'onde, ce mode de réalisation est également celui qui permet d'obtenir la meilleure définition sur l'image générée. 9. Fifth embodiment
This embodiment does not allow image acquisition as fast as the previous mode and is not, for this reason, the preferred embodiment in the general case. Nevertheless, in the particular field of UV radiation, it is the preferred embodiment. Indeed, in this field, embodiments 3 and 4 are not feasible due to the unavailability of liquid crystals and polarizers. Considering that it can operate with short wavelength UV radiation, this embodiment is also the one that makes it possible to obtain the best definition on the image generated.
9. 1. Principes. 9. 1. Principles.
Ce cinquième mode de réalisation se rapproche du deuxième mode de réalisation en ce que l'image est captée dans un plan d'espace et en ce que les variations de direction du faisceau se font à l'aide d'un miroir mobile. Il se rapproche du troisième mode de réalisation en ce que deux objectifs de microscope sont utilisés, et en ce que la plupart des algorithmes sont des formes modifiées de ceux utilisés dans le troisième mode de réalisation. Il diffère de l'ensemble des modes de réalisation précédents en ce que l'onde de This fifth embodiment is similar to the second embodiment in that the image is captured in a space plane and in that the beam direction variations are made using a movable mirror. It is similar to the third embodiment in that two microscope objectives are used, and in that most of the algorithms are modified forms of those used in the third embodiment. It differs from all previous embodiments in that the wave of
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référence n'est pas fixe mais est modifiée en même temps que l'onde d'éclairage. Il est décrit par les Fig.73 et 74. reference is not fixed but is modified at the same time as the illumination wave. It is described by Fig.73 and 74.
L'objectif de ce cinquième mode de réalisation est d'améliorer la résolution par utilisation d'un laser ultraviolet. Il n'existe pas de cristaux liquides ferroélectriques travaillant en ultraviolet, et par conséquence il est nécessaire d'adopter des solutions à base de composants optiques plus traditionnels. En particulier, le dispositif de déviation du faisceau est un miroir mobile (5113). The objective of this fifth embodiment is to improve the resolution using an ultraviolet laser. There is no ferroelectric liquid crystal working in ultraviolet, and therefore it is necessary to adopt solutions based on more traditional optical components. In particular, the beam deflection device is a moving mirror (5113).
Toutefois, l'utilisation d'un miroir mobile dans un système proche du premier ou du deuxième mode de réalisation engendre des vibrations. Après chaque mouvement du miroir, il est nécessaire d'attendre la stabilisation du système avant de procéder à l'acquisition. Afin de s'affranchir des vibrations causées par le miroir mobile, il est nécessaire de positionner celui-ci en dehors de la table optique et de séparer les faisceaux d'éclairage et de référence sur la table optique, après passage du miroir. Il s'ensuit que les mouvements du miroir se traduisent par un mouvement simultané des faisceaux de référence et d'éclairage. However, the use of a moving mirror in a system close to the first or second embodiment generates vibrations. After each movement of the mirror, it is necessary to wait for the stabilization of the system before proceeding with the acquisition. In order to overcome the vibrations caused by the moving mirror, it is necessary to position it outside the optical table and separate the light beams and reference on the optical table after passing the mirror. It follows that the movements of the mirror result in a simultaneous movement of the reference beams and lighting.
Afin de profiter pleinement de la résolution possible en ultraviolet, il est nécessaire de pouvoir effectuer, comme dans le troisième et le quatrième mode de réalisation, des changements d'orientation du vecteur champ électrique du faisceau d'éclairage. Ces changements se font en séparant l'onde, par un miroir semi-transparent (5102), en deux chemins, une lame de phase (5111) modifiant la polarisation étant insérée sur un des chemins et des obturateurs (5104) et (5109) permettant de choisir le chemin utilisé. Les deux ondes sont ensuite à nouveau superposées par un miroir (5112). Les obturateurs sont placés en un point ou l'onde lumineuse n'occupe qu'une faible extension spatiale et peuvent donc être ouverts ou fermés rapidement. In order to take full advantage of the possible ultraviolet resolution, it is necessary to be able to effect, as in the third and fourth embodiments, changes of orientation of the electric field vector of the illumination beam. These changes are made by separating the wave, by a semi-transparent mirror (5102), into two paths, a polarization-modifying phase plate (5111) being inserted on one of the paths and shutters (5104) and (5109) to choose the path used. The two waves are then superimposed again by a mirror (5112). The shutters are placed at a point where the light wave occupies only a small spatial extension and can therefore be opened or closed rapidly.
Pour la même raison il est nécessaire de disposer de plusieurs directions d'analyse. De chaque coté du microscope, deux capteurs CCD sont utilisés, un pour chaque direction d'analyse. Dans la mesure ou il est difficile d'avoir de bons polariseurs dans le domaine UV, la direction d'analyse sera modifiée uniquement par une modification du sens de polarisation de l'onde de référence, par exemple au moyen de lames d'onde (5238) (5239) qui modifient différemment cette polarisation avant chaque capteur. For the same reason it is necessary to have several directions of analysis. On each side of the microscope, two CCD sensors are used, one for each direction of analysis. Since it is difficult to have good polarizers in the UV range, the analysis direction will be modified only by a modification of the direction of polarization of the reference wave, for example by means of wave plates ( 5238) (5239) which modify this polarization differently before each sensor.
L'onde de référence est mobile et peut en particulier traverser l'objet avec un angle proche de l'ouverture maximale de l'objectif. Il s'ensuit que la fréquence spatiale reçue sur le capteur peut être deux fois plus élevée qu'avec un système ou l'onde de référence est centrée par rapport à l'axe optique comme dans le deuxième mode de réalisation. A taille d'image égale, un capteur de dimensions en pixels deux fois supérieures est donc nécessaire, par rapport aux autres modes de réalisation. The reference wave is mobile and can in particular traverse the object with an angle close to the maximum aperture of the objective. It follows that the spatial frequency received on the sensor may be twice as high as with a system where the reference wave is centered with respect to the optical axis as in the second embodiment. At equal image size, a sensor with twice the pixel dimensions is therefore necessary, compared with the other embodiments.
Pour supprimer l'onde d'éclairage directe, on utilise une vitre (5165) ou (5191) sur laquelle est fixé un point noir, placée dans un plan de fréquences. En déplaçant ce point noir, on modifie la fréquence supprimée. Par contre, cette méthode ne permet pas d'obtenir la valeur de l'onde au point d'impact direct de l'onde d'éclairage, sur laquelle sont basées les reconstructions tridimensionnelles pratiquées dans les autres modes de réalisation. Par ailleurs, le miroir mobile se prête mal à des changements rapides de l'onde d'éclairage entre des fréquences très différentes. Or ces changements étaient nécessaires dans le troisième mode de réalisation pour obtenir les images de référence qui permettaient de recaler en phase les To suppress the direct light wave, a window (5165) or (5191) is used, on which is fixed a black point, placed in a frequency plane. By moving this black point, the deleted frequency is changed. On the other hand, this method does not make it possible to obtain the value of the wave at the point of direct impact of the illumination wave on which the three-dimensional reconstructions practiced in the other embodiments are based. Moreover, the mobile mirror is not suitable for rapid changes of the light wave between very different frequencies. However, these changes were necessary in the third embodiment to obtain the reference images which allowed to phase in the
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représentations bidimensionnelles obtenues sur le capteur opposé au point d'impact direct de l'onde d'éclairage. C'est pourquoi une méthode de recalage en phase ne nécessitant ni image de référence ni acquisition du point correspondant à l'éclairage direct doit être prévue dans ce mode de réalisation. two-dimensional representations obtained on the sensor opposite to the point of direct impact of the illumination wave. Therefore, a phase registration method that does not require a reference image or acquisition of the point corresponding to direct lighting must be provided in this embodiment.
Le paragraphe 9. 2. décrit matériellement le microscope utilisé et le paragraphe 9. 3. donne les principes de dimensionnement applicables. Le microscope étant d'une conception matérielle différant notablement du mode de réalisation 3, son réglage et son utilisation diffèrent également fortement du réglage et de l'utilisation du microscope selon le mode de réalisation 3. Section 9. 2. materially describes the microscope used and paragraph 9. 3. gives the applicable design principles. As the microscope is of a material design substantially different from Embodiment 3, its setting and use also greatly differs from the setting and use of the microscope according to Embodiment 3.
Le microscope fait l'objet d'un ensemble de réglages effectués en l'abscence de l'échantillon: - Le réglage de position des différents éléments est effectué comme décrit au paragraphe 9. 5. Ce réglage fait appel à une procédure d'acquisition d'images décrite au paragraphe 9.4. The microscope is subject to a set of adjustments made in the abscence of the sample: - The position adjustment of the various elements is performed as described in paragraph 9. 5. This setting uses an acquisition procedure of images described in paragraph 9.4.
- Les tableaux permettant la commande du miroir de déviation du faisceau sont déterminés comme décrit au paragraphe 9.6. - The tables allowing the control of the beam deflection mirror are determined as described in paragraph 9.6.
- Les tableaux permettant la commande des vitres (5165) et (5191), utilisées pour supprimer le faisceau d'éclairage direct, sont déterminés comme décrit au paragraphe 9.7. - The tables to control the windows (5165) and (5191) used to suppress the direct light beam are determined as described in paragraph 9.7.
- La constante K , équivalente à celle utilisée dans le premier mode de réalisation, est déterminée comme décrit en 9.8. The constant K, equivalent to that used in the first embodiment, is determined as described in 9.8.
- La position des capteurs CCD doit faire l'objet d'un réglage fin décrit au paragraphe 9.10. - The position of the CCD sensors must be fine-tuned as described in section 9.10.
- Le tableau caractérisant la réponse fréquentielle des capteurs est déterminé comme décrit au paragraphe 9.11. - The table characterizing the frequency response of the sensors is determined as described in section 9.11.
- Les coordonnées relatives des points centraux des images obtenues de chaque coté du microscope sont déterminées comme décrit au paragraphe 9.12. - The relative coordinates of the center points of the images obtained on each side of the microscope are determined as described in paragraph 9.12.
- Les phases de chaque faisceau d'éclairage sont déterminées comme décrit au paragraphe 9.13. - The phases of each lighting beam are determined as described in paragraph 9.13.
Après mise en place de l'échantillon le microscope fait l'objet d'un ensemble de réglages supplémentaires : - La position des objectifs est réglée comme décrit au paragraphe 9.14. After placing the sample the microscope is subject to a set of additional adjustments: - The position of the objectives is set as described in paragraph 9.14.
- Les coordonnées relatives x,y,z des points d'origine des faisceaux de référence associés à chaque objectif, ainsi que l'indice moyen no de l'échantillon et son épaisseur L, sont déterminés comme décrit au paragraphe 9.15. - The relative x, y, z coordinates of the reference beam reference points associated with each lens, as well as the sample average no and the L thickness, are determined as described in paragraph 9.15.
- La valeur w0 caractérisant la position de l'échantillon est calculée comme décrit au paragraphe 9.16. La procédure décrite au paragraphe 9.16. est essentiellement semblable à celle décrite au paragraphe 7.15. et comporte en particulier un premier réglage de focalisation. - The value w0 characterizing the position of the sample is calculated as described in paragraph 9.16. The procedure described in paragraph 9.16. is essentially similar to that described in paragraph 7.15. and in particular comprises a first focus adjustment.
- La fonction de compensation des aberrations Dp est obtenue comme décrit au paragraphe 9.17. - The aberration compensation function Dp is obtained as described in section 9.17.
Lorsque ces réglages ont été effectués, la procédure d'obtention d'images tridimensionnelles est lancée. Une version de cette procédure, analogue à celle décrite pour le troisième mode de réalisation, est When these settings have been made, the procedure for obtaining three-dimensional images is started. A version of this procedure, similar to that described for the third embodiment, is
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décrite en 9.18. Une version spécifiquement adaptée de cette procédure est décrite en 9.19. Dans tous les cas, les représentations fréquentielles bidimensionnelles sont acquises en utilisant une procédure décrite au paragraphe 9. 9., qui est également utilisée dans certaines étapes de réglage. described in 9.18. A specifically adapted version of this procedure is described in 9.19. In all cases, the two-dimensional frequency representations are acquired using a procedure described in section 9. 9., which is also used in some adjustment steps.
Bien que cela ne soit pas rappelé, un réglage de focalisation analogue à celui décrit en 7.17.3. est effectué, ce qui peut impliquer un recalcul de w0 et Dp. Although not recalled, a focus setting similar to that described in 7.17.3. is performed, which may involve a recalculation of w0 and Dp.
Une version très simplifiée du fonctionnement de ce microscope est décrite en 9.20. A very simplified version of the operation of this microscope is described in 9.20.
9. 2. Description matérielle. 9. 2. Physical description.
Un schéma d'ensemble du système est constitué par les figures 73,74,63. Le plan des Fig. 73 et 74 est horizontal. L'ensemble (5176), entouré en pointillés sur la Fig. 74, est identique à l'ensemble correspondant dans le quatrième mode de réalisation et est représenté par la Fig.63. An overall scheme of the system is constituted by Figures 73,74,63. The plane of Figs. 73 and 74 is horizontal. The assembly (5176), surrounded in dashed lines in FIG. 74, is identical to the corresponding set in the fourth embodiment and is shown in Fig.63.
Un laser polarisé dans le sens vertical (5100) produit un faisceau dont le vecteur champ électrique est donc dirigé selon un axe orthogonal au plan de la figure. Ce faisceau traverse ensuite un élargisseur de faisceau (5101). A vertically polarized laser (5100) produces a beam whose vector electric field is thus directed along an axis orthogonal to the plane of the figure. This beam then passes through a beam expander (5101).
Le faisceau est ensuite séparé en deux par un miroir semi-transparent (5102). Un des faisceaux issus de (5102) traverse une lentille (5103) puis un obturateur (5104) placé dans le plan focal de cette lentille. Il traverse alors une seconde lentille (5105) dont le plan focal objet coïncide avec le plan focal image de (5103), puis est réfléchi par un miroir (5106) et un miroir semi-transparent (5112). La partie du faisceau qui n'est pas réfléchie par (5112) va frapper une surface absorbante (5253). Le second faisceau issu de (5102) est réfléchi par un miroir (5107), traverse une lentille (5108) puis un obturateur (5109) placé dans le plan focal de cette lentille. Il traverse alors une seconde lentille (5110) dont le plan focal objet coïncide avec le plan focal image de (5108). Il traverse alors une lame d'onde (5111) puis traverse le miroir (5112). The beam is then separated in two by a semi-transparent mirror (5102). One of the beams from (5102) passes through a lens (5103) then a shutter (5104) placed in the focal plane of this lens. It then passes through a second lens (5105) whose object focal plane coincides with the image focal plane of (5103), then is reflected by a mirror (5106) and a semi-transparent mirror (5112). The portion of the beam that is not reflected by (5112) will strike an absorbent surface (5253). The second beam from (5102) is reflected by a mirror (5107), passes through a lens (5108) and then a shutter (5109) placed in the focal plane of this lens. It then passes through a second lens (5110) whose object focal plane coincides with the image focal plane of (5108). It then crosses a waveguide (5111) and then passes through the mirror (5112).
En sortie du miroir (5112) les deux faisceaux issus du miroir semi-transparent (5102) sont à nouveau superposés. Les distances focales des lentilles (5103) (5105) (5108) (5110) sont égales. La lame d'onde (5111) introduit une différence de chemin optique d'une demi-longueur d'onde entre ses deux axes neutres. At the output of the mirror (5112) the two beams from the semi-transparent mirror (5102) are again superimposed. The focal lengths of the lenses (5103) (5105) (5108) (5110) are equal. The waveguide (5111) introduces an optical path difference of half a wavelength between its two neutral axes.
Elle est positionnée de manière à transformer le faisceau entrant polarisé dans le sens vertical en un faisceau polarisé dans le sens horizontal. La faible extension spatiale du faisceau traversant les obturateurs (5104) (5109) permet l'utilisation d'obturateurs mécaniques rapides, un faible déplacement étant suffisant pour obturer le faisceau. It is positioned to transform the vertically polarized incoming beam into a polarized beam in the horizontal direction. The small spatial extension of the beam passing through the shutters (5104) (5109) allows the use of fast mechanical shutters, a small displacement being sufficient to close the beam.
Le faisceau issu de (5112) se dirige vers le miroir (5113) qui le réfléchit. Ce miroir est monté sur un positionneur deux axes (5114) semblable à celui représenté sur les figures 2 et 3, qui permet de commander son orientation. Il est placé au foyer image des lentilles (5110) et (5105). Le faisceau issu de (5113) traverse ensuite la lentille (5250) dont le foyer objet est sur (5113), puis la lentille (5251) dont le foyer objet coïncide avec le foyer image de (5250). Il est ensuite réfléchi par un miroir partiellement transparent (5115) qui produit un faisceau de référence dirigé vers (5117). Le miroir semi-transparent (5117) sépare ensuite le faisceau de référence en un faisceau de référence droit FRD et un faisceau de référence gauche FRG. Le faisceau ayant traversé (5115) traverse ensuite un miroir partiellement transparent (5116) qui en sépare un faisceau spécifique FS. Le faisceau ayant traversé (5116) est ensuite The beam coming from (5112) goes towards the mirror (5113) which reflects it. This mirror is mounted on a two-axis positioner (5114) similar to that shown in Figures 2 and 3, which allows to control its orientation. It is placed at the focal point of the lenses (5110) and (5105). The beam from (5113) then passes through the lens (5250) whose object focus is on (5113), then the lens (5251) whose object focus coincides with the image focus of (5250). It is then reflected by a partially transparent mirror (5115) that produces a reference beam directed to (5117). The semitransparent mirror (5117) then separates the reference beam into a right reference beam FRD and a left reference beam FRG. The beam having passed through (5115) then passes through a partially transparent mirror (5116) which separates a specific beam FS. The beam having crossed (5116) is then
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séparé par un miroir semi-transparent (5118) en un faisceau d'éclairage droit FED et un faisceau d'éclairage gauche FEG. separated by a semi-transparent mirror (5118) into a right illumination beam FED and a left illumination beam FEG.
Le faisceau FRD traverse d'abord une lentille (5120) dont le foyer objet coïncide avec le foyer image de (5251), puis une seconde lentille (5121) dont le foyer objet coïncide avec le foyer image de (5120). The FRD beam first passes through a lens (5120) whose object focus coincides with the image focus of (5251), then a second lens (5121) whose object focus coincides with the image focus of (5120).
Il est ensuite réfléchi par un miroir (5122) placé au foyer image de (5121) et monté sur une 'pile' piézoélectrique (5123) produisant des déplacements de l'ordre de la longueur d'onde, qui constitue le dispositif de décalage de phase, sur le même principe que l'élément (122) de la Fig.l. Il traverse alors un filtre (5124) permettant d'en ajuster l'intensité, puis une lentille (5125) dont le foyer objet est sur le miroir (5122). Il traverse ensuite un doublet de lentilles (5127) (5126) fonctionnant suivant le principe explicité en 8.1.4.1. , le foyer objet du doublet (5127) (5126) étant confondu avec le foyer image de (5125). Il est ensuite séparé en deux faisceaux par un miroir partiellement transparent (5234). Un de ces faisceaux est ensuite réfléchi par le miroir (5235), traverse une lame d'onde (5239), puis est réfléchi en partie vers le CCD (5174) par le miroir partiellement transparent (5236), la partie non réfléchie étant arrêtée par une surface absorbante (5237). L'autre faisceau traverse une lame d'onde (5238), puis est réfléchi en partie vers le CCD (5171) par le miroir partiellement transparent (5232), la partie non réfléchie étant arrêtée par une surface absorbante (5233). Les CCD (5174) et (5171) sont respectivement montés sur les caméras (5175) et (5172). Ils sont chacun dans un plan focal image du doublet (5126)(5127). It is then reflected by a mirror (5122) placed at the image focus of (5121) and mounted on a piezoelectric 'stack' (5123) producing wavelength displacements, which is the shifter. phase, on the same principle as the element (122) of FIG. It then passes through a filter (5124) making it possible to adjust its intensity, then a lens (5125) whose object focus is on the mirror (5122). It then passes through a doublet of lenses (5127) (5126) operating according to the principle explained in 8.1.4.1. the object focus of the doublet (5127) (5126) coinciding with the image focus of (5125). It is then separated into two beams by a partially transparent mirror (5234). One of these beams is then reflected by the mirror (5235), passes through a wave plate (5239), and is reflected in part to the CCD (5174) by the partially transparent mirror (5236), the unreflected portion being stopped by an absorbent surface (5237). The other beam passes through a wave plate (5238), and is then partially reflected to the CCD (5171) by the partially transparent mirror (5232), the non-reflected portion being stopped by an absorbent surface (5233). The CCDs (5174) and (5171) are respectively mounted on the cameras (5175) and (5172). They are each in an image focal plane of the doublet (5126) (5127).
Le faisceau FRG est réfléchi par un miroir (5252). Il traverse une lentille (5145) dont le foyer objet coïncide avec le foyer image de (5251), puis une seconde lentille (5146) dont le foyer objet coïncide avec le foyer image de (5145). Il est ensuite réfléchi par un miroir (5147) placé au foyer image de (5146) et monté sur une 'pile' piézoélectrique (5148) qui constitue le dispositif de décalage de phase. Il traverse alors un filtre (5149) permettant d'en ajuster l'intensité, puis une lentille (5150) dont le foyer objet est sur le miroir (5147). Il traverse ensuite un doublet de lentilles (5151) (5152) fonctionnant suivant le principe explicité en 8.1.4.1. , le foyer objet du doublet (5151) (5152) étant confondu avec le foyer image de (5150). Il traverse ensuite un dispositif d'ajustement en rotation du type décrit en 8.1.4.2. , constitué des miroirs (5219) (5220) et de l'ensemble (5221) constitué des miroirs (5214) (5215) (5216) (5217), et mobile en rotation autour d'un axe passant par le centre des miroirs (5220) (5214)(5217). Il est ensuite séparé en deux faisceaux par un miroir partiellement transparent (5244). Un de ces faisceaux est ensuite réfléchi par le miroir (5245), traverse une lame d'onde (5249), puis est réfléchi en partie vers le CCD (5198) par le miroir partiellement transparent (5246), la partie non réfléchie étant arrêtée par une surface absorbante (5247). L'autre faisceau traverse une lame d'onde (5248), puis est réfléchi en partie vers le CCD (5201) par le miroir partiellement transparent (5242), la partie non réfléchie étant arrêtée par une surface absorbante (5243). Les CCD (5198) et (5201) sont respectivement montés sur les caméras (5199) et (5202). Ils sont chacun dans un plan focal image du doublet (5151)(5152). The FRG beam is reflected by a mirror (5252). It crosses a lens (5145) whose object focus coincides with the image focus of (5251), then a second lens (5146) whose object focus coincides with the image focus of (5145). It is then reflected by a mirror (5147) placed at the image focus of (5146) and mounted on a piezoelectric 'stack' (5148) which constitutes the phase shifter. It then passes through a filter (5149) to adjust its intensity, then a lens (5150) whose object focus is on the mirror (5147). It then passes through a doublet of lenses (5151) (5152) operating according to the principle explained in 8.1.4.1. the object focus of the doublet (5151) (5152) coinciding with the image focus of (5150). It then passes through a rotating adjustment device of the type described in 8.1.4.2. , consisting of the mirrors (5219) (5220) and the assembly (5221) consisting of the mirrors (5214) (5215) (5216) (5217), and movable in rotation about an axis passing through the center of the mirrors ( 5220) (5214) (5217). It is then separated into two beams by a partially transparent mirror (5244). One of these beams is then reflected by the mirror (5245), passes through a wave plate (5249), and is then reflected in part to the CCD (5198) by the partially transparent mirror (5246), the unreflected portion being stopped by an absorbent surface (5247). The other beam passes through a waveguide (5248) and is reflected in part to the CCD (5201) by the partially transparent mirror (5242), the nonreflected portion being stopped by an absorbent surface (5243). The CCDs (5198) and (5201) are respectively mounted on the cameras (5199) and (5202). They are each in an image focal plane of the doublet (5151) (5152).
Le faisceau FED est réfléchi par un miroir (5141), traverse un filtre (5142) permettant d'en ajuster l'intensité, une lentille (5143) dont le foyer objet coïncide avec le foyer image de (5251), un obturateur (5144), et une lentille (5154) dont le plan focal objet coïncide avec le plan focal image de (5143) et dont le plan focal image coïncide avec l'image du diaphragme (5158) par la lentille (5157). Il est réfléchi par des The FED beam is reflected by a mirror (5141), passes through a filter (5142) to adjust its intensity, a lens (5143) whose object focus coincides with the image focus of (5251), a shutter (5144) ), and a lens (5154) whose object focal plane coincides with the image focal plane of (5143) and whose image focal plane coincides with the image of the diaphragm (5158) by the lens (5157). It is reflected by
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miroirs (5153) et (5155), puis il est séparé en deux faisceaux par un miroir partiellement transparent (5156). L'un des faisceaux, dirigé vers (5157), est le faisceau principal et sera noté FED. L'autre faisceau, dirigé vers (5159), constitue l'indicateur inverse de FED et sera noté FEDI. mirrors (5153) and (5155), and is separated into two beams by a partially transparent mirror (5156). One of the beams, directed to (5157), is the main beam and will be denoted FED. The other beam, directed to (5159), is the inverse indicator of FED and will be noted FEDI.
Le faisceau FED traverse la lentille (5157), le diaphragme (5158), le dispositif (5176) représenté Fig. 63, traverse le diaphragme (5184) et la lentille (5183). Un plan focal de la lentille (5157) coïncide avec le plan focal image de l'objectif de microscope (4317) [dans le sens conventionnel d'utilisation de l'objectif, içi opposé au sens des rayons]. Un plan focal de la lentille (5183) coïncide avec le plan focal image de l'objectif de microscope (4319). Les diaphragmes (5158) et (5184) sont placés dans les plans ou les objectifs forment normalement les images de l'échantillon. Le faisceau issu de (5183) traverse le miroir semitransparent (5182). Il traverse la lentille (5188) dont le plan focal objet coïncide avec l'image du diaphragme (5184) par la lentille (5183). Il traverse ensuite une vitre (5191) de faible épaisseur, sur laquelle se trouve un point noir absorbant de quelques dizaines de micromètres de diamètre. Cette vitre est positionnée dans le plan focal image de la lentille (5188) et a pour fonction d'arrêter le faisceau d'éclairage direct. Un diaphragme (5190) placé à peu près dans le même plan permet d'améliorer le filtrage des fréquences spatiales effectué par l'objectif de microscope. Le faisceau traverse ensuite un doublet (5192) (5193) dont le plan focal objet coïncide avec la vitre (5191). Il est ensuite séparé en deux faisceaux par un miroir semi-transparent (5240). Un des faisceaux issus de (5240) parvient au CCD (5198) après avoir traversé le miroir partiellement transparent (5246). L'autre faisceau est réfléchi par le miroir (5241) et parvient au CCD (5201) après avoir traversé le miroir partiellement transparent (5242). Les CCD (5198) et (5201) sont chacun dans un plan focal image du doublet (5192)(5193). The FED beam passes through the lens (5157), the diaphragm (5158), the device (5176) shown in FIG. 63, passes through the diaphragm (5184) and the lens (5183). A focal plane of the lens (5157) coincides with the image focal plane of the microscope objective (4317) [in the conventional sense of use of the lens, opposite to the direction of the rays]. A focal plane of the lens (5183) coincides with the focal plane image of the microscope objective (4319). The diaphragms (5158) and (5184) are placed in the planes where the lenses normally form the images of the sample. The beam from (5183) passes through the semitransparent mirror (5182). It passes through the lens (5188) whose object focal plane coincides with the image of the diaphragm (5184) by the lens (5183). It then crosses a glass (5191) of small thickness, on which is a black point absorbing a few tens of micrometers in diameter. This window is positioned in the image focal plane of the lens (5188) and has the function of stopping the direct light beam. A diaphragm (5190) placed approximately in the same plane makes it possible to improve the spatial frequency filtering performed by the microscope objective. The beam then passes through a doublet (5192) (5193) whose object focal plane coincides with the window (5191). It is then separated into two beams by a semi-transparent mirror (5240). One of the beams from (5240) reaches the CCD (5198) after passing through the partially transparent mirror (5246). The other beam is reflected by the mirror (5241) and reaches the CCD (5201) after passing through the partially transparent mirror (5242). The CCDs (5198) and (5201) are each in an image focal plane of the doublet (5192) (5193).
Le faisceau FEDI traverse la lentille (5159) dont un plan focal coïncide avec le plan focal image de la lentille (5154). Il parvient au miroir (5160), optionellement obturé par l'obturateur (5161), qui le réfléchit. Il retraverse alors la lentille (5159) et est réfléchi par le miroir semi-transparent (5156) vers la lentille (5162). Il traverse la lentille (5162) dont le plan focal objet coïncide avec l'image du diaphragme (5158) par la lentille (5157). Il traverse ensuite le miroir partiellement transparent (5163). Il traverse ensuite une vitre (5165) de faible épaisseur, sur laquelle se trouve un point noir absorbant de quelques dizaines de micromètres de diamètre. Cette vitre est positionnée dans le plan focal image de la lentille (5162) et a pour fonction d'arrêter le faisceau d'éclairage direct. Un diaphragme optionnel (5164) placé à peu près dans le même plan permet d'améliorer le filtrage des fréquences spatiales effectué par l'objectif de microscope. Le faisceau traverse ensuite une lentille (5166) dont le plan focal objet coïncide avec le plan focal image de (5162). Il est ensuite séparé en deux faisceaux par un miroir semi-transparent (5230). Un des faisceaux issus de (5230) parvient au CCD (5174) après avoir traversé le miroir partiellement transparent (5236). L'autre faisceau est réfléchi par le miroir (5231) et parvient au CCD (5171) après avoir traversé le miroir partiellement transparent (5232). Les CCD (5174) et (5171) sont chacun dans un plan focal image de la lentille (5166). The FEDI beam passes through the lens (5159), a focal plane of which coincides with the image focal plane of the lens (5154). It reaches the mirror (5160), optionally shut off by the shutter (5161), which reflects it. It then crosses the lens (5159) and is reflected by the semi-transparent mirror (5156) to the lens (5162). It passes through the lens (5162) whose object focal plane coincides with the image of the diaphragm (5158) by the lens (5157). He then goes through the partially transparent mirror (5163). It then passes through a glass (5165) of small thickness, on which is a black point absorbing a few tens of micrometers in diameter. This window is positioned in the image focal plane of the lens (5162) and has the function of stopping the direct light beam. An optional diaphragm (5164) placed approximately in the same plane makes it possible to improve the spatial frequency filtering performed by the microscope objective. The beam then passes through a lens (5166) whose object focal plane coincides with the image focal plane of (5162). It is then separated into two beams by a semi-transparent mirror (5230). One of the beams from (5230) reaches the CCD (5174) after passing through the partially transparent mirror (5236). The other beam is reflected by the mirror (5231) and reaches the CCD (5171) after passing through the partially transparent mirror (5232). The CCDs (5174) and (5171) are each in an image focal plane of the lens (5166).
Le faisceau FEG est réfléchi par les miroirs (5119) (5204), traverse un filtre (5205) permettant d'en ajuster l'intensité, une lentille (5206) dont le foyer objet coïncide avec le foyer image de (5251), un obturateur (5207), un doublet (5179) (5178) dont le plan focal objet coïncide avec le plan focal image de The beam FEG is reflected by the mirrors (5119) (5204), passes through a filter (5205) to adjust its intensity, a lens (5206) whose object focus coincides with the image focus of (5251), a shutter (5207), a doublet (5179) (5178) whose object focal plane coincides with the image focal plane of
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(5206) et dont le plan focal image coïncide avec l'image du diaphragme (5184) par la lentille (5183). Il traverse ensuite un dispositif d'ajustement en rotation du type décrit en 8.1.4.2., constitué des miroirs (5177) (5180) et de l'ensemble (5181) constitué des miroirs (5210) (5211) (5212) (5213), et mobile en rotation autour d'un axe passant par le centre des miroirs (5180) (5210) (5213). Il est ensuite séparé en deux faisceaux par un miroir partiellement transparent (5182). L'un des faisceaux, dirigé vers (5183), est le faisceau principal et sera noté FEG. L'autre faisceau, dirigé vers (5185), constitue l'indicateur inverse de FEG et sera noté FEGI. (5206) and whose image focal plane coincides with the image of the diaphragm (5184) by the lens (5183). It then passes through a rotary adjustment device of the type described in 8.1.4.2., Consisting of the mirrors (5177) (5180) and the assembly (5181) consisting of the mirrors (5210) (5211) (5212) (5213). ), and mobile in rotation about an axis passing through the center of the mirrors (5180) (5210) (5213). It is then separated into two beams by a partially transparent mirror (5182). One of the beams, directed to (5183), is the main beam and will be denoted FEG. The other beam, directed to (5185), constitutes the opposite indicator of FEG and will be denoted FEGI.
Le faisceau FEGI traverse la lentille (5185) dont un plan focal coïncide avec le plan focal image du doublet (5178) (5179). Il parvient au miroir (5187), optionellement obturé par l'obturateur (5186), qui le réfléchit. Il retraverse alors la lentille (5185) et est réfléchi par le miroir semi-transparent (5182) vers la lentille (5188). The FEGI beam passes through the lens (5185) whose focal plane coincides with the image focal plane of the doublet (5178) (5179). It reaches the mirror (5187), optionally shut off by the shutter (5186), which reflects it. It then crosses the lens (5185) and is reflected by the semi-transparent mirror (5182) to the lens (5188).
Le faisceau FS traverse d'abord un filtre (5128) puis une lentille (5129) et est réfléchi par un miroir (5130). Il traverse alors un obturateur (5254) puis une lentille (5140) dont le foyer objet est confondu avec le foyer image de (5129). Il est ensuite séparé par un miroir semi-transparent (5163) en un faisceau principal FS dirigé vers (5162) et un faisceau indicateur inverse dirigé vers (5189), qui sera noté FSI. Le faisceau FSI traverse une lentille (5189), est réfléchi sur un miroir placé au foyer objet de (5189) et pouvant être obturé par un obturateur (5209), retraverse la lentille (5189) et est à nouveau réfléchi par le miroir semitransparent (5163) en direction de (5164). The beam FS first passes through a filter (5128) and then a lens (5129) and is reflected by a mirror (5130). It then crosses a shutter (5254) then a lens (5140) whose object focus is confused with the image focus of (5129). It is then separated by a semi-transparent mirror (5163) into a main beam FS directed to (5162) and a reverse indicator beam directed to (5189), which will be noted FSI. The FSI beam passes through a lens (5189), is reflected on a mirror placed at the object focus of (5189) and can be closed by a shutter (5209), crosses the lens (5189) and is reflected again by the semitransparent mirror ( 5163) to (5164).
Chaque lentille utilisée est un achromat ou une lentille composée minimisant les aberrations optiques. Each lens used is an achromat or composite lens that minimizes optical aberrations.
Les principes de contrôle du faisceau indiqués en 8.1.1. et 8. 1.4. restent valables et on a indiqué de la même manière que pour le quatrième mode de réalisation les plans d'espace (E) et de fréquence (F). The beam control principles given in 8.1.1. and 8. 1.4. remain valid and it is indicated in the same manner as for the fourth embodiment the space planes (E) and frequency (F).
L'onde de référence est içi parallèle, comme l'onde d'éclairage et comme dans le deuxième mode de réalisation. C'est pourquoi elle est ponctuelle dans les plans de fréquence et parallèle dans les plans d'espace comme l'onde d'éclairage. Le faisceau spécial FS est par contre ponctuel dans les plans d'espace et parallèle dans les plans de fréquence, comme l'était l'onde de référence dans le quatrième mode de réalisation. The reference wave is here parallel, as the light wave and as in the second embodiment. This is why it is punctual in the frequency planes and parallel in the space planes as the lighting wave. The special beam FS is on the other hand punctual in the space planes and parallel in the frequency planes, as was the reference wave in the fourth embodiment.
Beaucoup d'éléments sont montés sur des positionneurs permettant d'en ajuster la position dans une phase de réglage. Many elements are mounted on positioners to adjust the position in a setting phase.
Les ensembles (5181) et (5221) sont montés sur des positionneurs en rotation, conformément à leur mode de fonctionnement explicité en 8.1.4.2. The assemblies (5181) and (5221) are mounted on rotational positioners, according to their operating mode explained in 8.1.4.2.
Les autres miroirs, miroirs partiellement transparents et miroirs piézoélectriques sont montés sur des positionneurs angulaires permettant d'en ajuster l'orientation. The other mirrors, partially transparent mirrors and piezoelectric mirrors are mounted on angular positioners to adjust their orientation.
Les lentilles qui seront réglées en 9. 5. sont montées sur des positionneurs une dimension permettant un déplacement dans le sens de l'axe optique. The lenses which will be adjusted in 9. 5. are mounted on positioners a dimension allowing a displacement in the direction of the optical axis.
Chaque doublet est constitué de deux lentilles. Il transforme un plan de fréquences situé d'un coté du doublet en un plan d'espace situé de l'autre coté du doublet. La lentille située du coté du plan d'espace est montée sur un positionneur permettant une translation dans le sens de l'axe optique. Ce positionneur est Each doublet consists of two lenses. It transforms a frequency plan located on one side of the doublet into a plane of space located on the other side of the doublet. The lens located on the side of the space plane is mounted on a positioner allowing a translation in the direction of the optical axis. This positioner is
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lui-même monté sur un second positionneur permettant également une translation dans le sens de l'axe optique. La seconde lentille est montée directement sur ce second positionneur. itself mounted on a second positioner also allowing a translation in the direction of the optical axis. The second lens is mounted directly on this second positioner.
L'objectif (4317) est monté sur un positionneur à deux dimensions permettant un positionnement dans un plan orthogonal à l'axe optique. L'objectif (4319) est monté sur un dispositif de focalisation. The objective (4317) is mounted on a two-dimensional positioner for positioning in a plane orthogonal to the optical axis. The objective (4319) is mounted on a focusing device.
*L'échantillon (4318) est monté sur un positionneur trois axes en translation. * The sample (4318) is mounted on a three-axis positioner in translation.
Les CCD sont montés sur des positionneurs un axe en rotation et trois axes en translation, permettant une rotation autour de l'axe optique et trois degrés de liberté en translation. The CCDs are mounted on positioners an axis in rotation and three axes in translation, allowing rotation around the optical axis and three degrees of freedom in translation.
Le trait en pointillés (5203) sépare deux zones. Les éléments situés à gauche de ce trait sont montés sur une table directement liée au sol, sans amortissement. Les éléments situés à droite de ce trait ou sur la Fig. 74 sont montés sur une table optique convenablement isolée des vibrations. Les deux tables sont au même niveau. Les vitres (5165) et (5191), les diaphragmes (5164) et (5190), et les obturateurs (5144) (5207) sont les seules exceptions à cette règle. Chacune des vitres (5165) et (5191) est montée sur un positionneur deux axes en translation motorisé permettant un déplacement dans un plan orthogonal à l'axe optique, lui-même monté sur un positionneur manuel permettant une translation dans le sens de l'axe optique, lui-même directement lié au sol. Le système de positionnement deux axes en translation doit être précis et ne pas entraîner de déplacements parasites en rotation de la vitre. En effet, de tels déplacements entraîneraient des variations de phase pouvant dans certains cas porter préjudice à la qualité des images produites. The dashed line (5203) separates two areas. The elements to the left of this line are mounted on a table directly linked to the ground, without damping. The elements to the right of this line or in FIG. 74 are mounted on an optical table suitably isolated from vibrations. Both tables are at the same level. The windows (5165) and (5191), the diaphragms (5164) and (5190), and the shutters (5144) (5207) are the only exceptions to this rule. Each of the windows (5165) and (5191) is mounted on a two-axis positioner in motorized translation allowing a displacement in a plane orthogonal to the optical axis, itself mounted on a manual positioner allowing a translation in the direction of the optical axis, itself directly related to the ground. The positioning system with two axes in translation must be precise and not cause parasitic movements in rotation of the window. Indeed, such displacements would result in phase variations that may in certain cases be detrimental to the quality of the images produced.
Chacun des obturateurs (5144) (5207) est lié directement au sol. Chacun des diaphragmes (5164) (5190) est lié au sol par l'intermédiaire d'un positionneur 3 axes en translation et 1 axe en rotation autour de l'axe optique. Each of the shutters (5144) (5207) is directly connected to the ground. Each of the diaphragms (5164) (5190) is connected to the ground by means of a positioner 3 axes in translation and 1 axis in rotation about the optical axis.
Afin de pouvoir lier au sol vitres et obturateurs, une construction mécanique rigide est employée pour obtenir un support stable situé au-dessus de la table optique, lié au sol et non à la table optique, et auquel on peut fixer les obturateurs ainsi que les vitres, par l'intermédiaire de leurs positionneurs. In order to be able to bond to the floor windows and shutters, a rigid mechanical construction is used to obtain a stable support located above the optical table, linked to the ground and not to the optical table, and to which the shutters can be fixed as well as the windows, through their positioners.
Les diaphragmes (5164) et (5190) sont constitués comme indiqué Fig. 82. Le diaphragme (5710) a une ouverture circulaire (5711), une pièce (5712) permettant d'occulter une portion de surface supplémentaire dans cette ouverture. The diaphragms (5164) and (5190) are constituted as shown in FIG. 82. The diaphragm (5710) has a circular opening (5711), a part (5712) for concealing an additional surface portion in this opening.
Sur chaque caméra on a indiqué le repère qui est utilisé pour exprimer les coordonnées des pixels du CCD correspondant. Sur chaque lame d'onde, on a indiqué un repère. Le vecteur directeur de ce repère dans le plan de la figure est noté # et le vecteur directeur de ce repère dans le plan orthogonal à celui de la figure est noté 7 . La lame d'onde (5111) a un axe neutre dirigé selon # + j . Les autres lames d'onde ont
des axes neutres dirigés selon 1.cors 8 + sin g . On each camera is indicated the reference which is used to express the coordinates of the pixels of the corresponding CCD. On each wave plate, a marker is indicated. The direction vector of this reference in the plane of the figure is denoted by # and the direction vector of this coordinate system in the plane orthogonal to that of the figure is denoted 7. The wave plate (5111) has a neutral axis directed along # + j. The other waveboards have
neutral axes directed according to 1.cors 8 + sin g.
Dans le cas ou ce microscope fonctionne dans le domaine des ultraviolets: - L'ensemble des composants non polarisants traversés par la lumière, c'est-à-dire les lentilles, y compris celles des objectifs, les vitres, et les substrats de miroirs semi-transparents, peuvent être réalisés en un silice. In the case where this microscope operates in the ultraviolet range: - The set of non-polarizing components traversed by the light, that is to say the lenses, including those of the lenses, the windows, and the mirror substrates semi-transparent, can be made of a silica.
Des objectifs en silice ou en quartz existent chez divers fabricants. Silica or quartz lenses are available from various manufacturers.
- Les miroirs et miroirs semi-transparents doivent être prévus spécialement pour l'UV. - Mirrors and semi-transparent mirrors must be specially designed for UV.
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- Les lames d'onde sont par exemple en quarz. - The wave plates are for example in quarz.
- Le laser est par exemple un laser à excimère. En mode pulsé, les pulses doivent être synchronisés avec l'acquisition d'images, par exemple à 1 image par pulse. The laser is for example an excimer laser. In pulsed mode, the pulses must be synchronized with the acquisition of images, for example at 1 image per pulse.
9. 3. Dimensionnement. 9. 3. Dimensioning.
On note: f1: distance focale de la lentille (5162) ou de la lentille (5188) f2 : distance focale de la lentille (5166) ou du doublet (5192,5193) f3 : distance focale de la lentille (5157) ou de la lentille (5183) pc distance entre les centres de deux pixels adjacents, sur les capteurs CCD 2 Npix : dimension latérale en pixels d'un capteur CCD. o: ouverture numérique d'un objectif de microscope g : grandissement d'un objectif de microscope fo : distance focale d'un objectif de microscope. do: distance entre la lentille (5157) et le diaphragme (5158). l1: largeur du diaphragme (5164) ou (5190) La lentille (5157) doit avoir son plan focal objet confondu avec le plan focal image de l'objectif de microscope, et se trouve à une distance do de l'image de l'objectif. On vérifie que ceci implique: f3 = gfo +do L'ouverture du faisceau à l'arrivée sur le CCD est: a = f1 o f2 g La période d'échantillonnage nécessaire sur le CCD doit être supérieure à pc et vaut par application du critère de Nyquist: # 1
2 2a On obtient donc:
Le rapport f1 doit donc être égal ou légèrement inférieur à # g, chacune des valeurs f1 et f2 étant f2 4pc o par ailleurs suffisante pour éviter l'aberration sphérique. We denote: f1: focal length of the lens (5162) or of the lens (5188) f2: focal length of the lens (5166) or doublet (5192.5193) f3: focal length of the lens (5157) or the lens (5183) pc distance between the centers of two adjacent pixels, on the CCD 2 Npix sensors: lateral dimension in pixels of a CCD sensor. o: numerical aperture of a microscope objective g: magnification of a microscope objective fo: focal length of a microscope objective. do: distance between the lens (5157) and the diaphragm (5158). l1: width of the diaphragm (5164) or (5190) The lens (5157) must have its object focal plane coincident with the image focal plane of the microscope objective, and is at a distance do from the image of the goal. It is checked that this implies: f3 = gfo + do The opening of the beam on arrival on the CCD is: a = f1 o f2 g The sampling period required on the CCD must be greater than pc and is worth by application of the Nyquist criterion: # 1
2 2a We thus obtain:
The ratio f1 must therefore be equal to or slightly less than # g, each of the values f1 and f2 being f2 4pc o otherwise sufficient to avoid spherical aberration.
La largeur l1 du diaphragme (5164) doit filtrer uniquement les fréquences supérieures à l'ouverture nominale de l'objectif. On doit donc avoir l1 = 2f1 o g The width l1 of the diaphragm (5164) must filter only the frequencies higher than the nominal aperture of the objective. We must have l1 = 2f1 o g
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Le diamètre du faisceau incident sur le miroir (5113) doit être tel que les variations de direction nécessaires puissent effectivement être réalisées de manière reproductible à l'aide du système de positionnement de ce miroir. On note p[alpha] le pas angulaire de déplacement du miroir, c'est-à-dire la plus petite variation de l'angle d'orientation de ce miroir qui puisse être effectuée, de manière reproductible, par le système de positionnement de ce miroir. On note Diaph le diamètre d'ouverture du diaphragme (5158) et Dmir le diamètre du faisceau incident sur le miroir (5113). On vérifie alors que la présente condition s'exprime par: p[alpha] # o Ddiaph ou le signe signifie très inférieur , soit par exemple gNpix Dmir 1 0 Ddiaph
10 gNpix Dmir
En dehors des critères précédents une assez grande liberté existe pour le choix des distances focales des autres lentilles. Les critères de dimensionnement appliqués sur la trajectoire des faisceaux FEG, FED,FRG,FRD sont les suivants: (1). La succession des plans d'espace et de fréquence doit être telle que précisé sur le schéma. Cette succession de plans d'espace et de fréquence constitue la méthode utilisée pour maîtriser la trajectoire et l'ouverture du faisceau comme précisé en 8.1.1. The diameter of the incident beam on the mirror (5113) must be such that the necessary directional variations can actually be reproducibly performed using the positioning system of this mirror. We denote p [alpha] the angular step of displacement of the mirror, that is to say the smallest variation of the orientation angle of this mirror that can be reproducibly performed by the positioning system of the mirror. this mirror. Diaph is the aperture diameter of the diaphragm (5158) and Dmir the diameter of the incident beam on the mirror (5113). We then check that the present condition is expressed by: p [alpha] # o Ddiaph or the sign means very inferior, ie for example gNpix Dmir 1 0 Ddiaph
10 gNpix Dmir
Apart from the above criteria, there is a great deal of freedom in choosing the focal lengths of the other lenses. The design criteria applied to the beam paths FEG, FED, FRG, FRD are as follows: (1). The succession of the space and frequency planes must be as specified in the diagram. This succession of space and frequency planes is the method used to control the trajectory and the opening of the beam as specified in 8.1.1.
(2). Les faisceaux d'éclairage et de référence, en l'abscence de diaphragme utilisé entre le miroir (5113) et les capteurs CCD, doivent avoir le même diamètre à leur arrivée sur les capteurs. De manière équivalente, ils doivent avoir la même ouverture, l'ouverture étant ici l'angle entre les faisceaux parallèles parvenant sur les CCD pour deux positions différentes du miroir (5113). (2). The lighting and reference beams, in the absence of diaphragm used between the mirror (5113) and the CCD sensors, must have the same diameter on their arrival on the sensors. Equivalently, they must have the same aperture, the aperture here being the angle between the parallel beams arriving on the CCDs for two different positions of the mirror (5113).
(3). Les distances focales des lentilles doivent être suffisantes pour éviter l'aberration sphérique. (3). The focal lengths of the lenses should be sufficient to avoid spherical aberration.
(4). Les distances focales des différentes lentilles sont adaptées de manière à respecter les contraintes d'encombrement. (4). The focal lengths of the different lenses are adapted to meet the constraints of space.
Par exemple, si le diamètre du faisceau est D1 au niveau de (5122) et doit être D2 à son arrivée sur le capteur CCD, et si la distance entre (5122) et (5174), en suivant la trajectoire prévue pour le faisceau, est L, alors si fa et fb sont respectivement les distances focales de la lentille (5125) et du doublet (5126)(5127), et compte tenu des principes exposés en 8.1.1., le critère (1) se traduit par D2= fb et le
D1 fa
critère (4) se traduit par 2 fa +2 fb = L , d'ou on tire fa = L 2 Dl DI + D2 et fb L 2 L)] #+# LJ2 # . For example, if the diameter of the beam is D1 at (5122) and must be D2 upon arrival on the CCD, and if the distance between (5122) and (5174), following the path planned for the beam, is L, then if fa and fb are respectively the focal lengths of the lens (5125) and the doublet (5126) (5127), and taking into account the principles outlined in 8.1.1., the criterion (1) results in D2 = fb and the
D1 fa
Criterion (4) results in 2 fa + 2 fb = L, from which we draw fa = L 2 D1 DI + D2 and fb L 2 L)] # + # LJ2 #.
L'ensemble du système sera réglé de manière à ce que lorsque le faisceau FEG pénètre dans l'objectif (4317) en étant dirigé selon l'axe optique, sa direction à l'arrivée sur (5174) ou (5171) soit confondue avec celle de l'onde de référence. Lorsque le miroir (5113) sera déplacé à partir de cette position centrale, la direction du faisceau de référence sera modifiée dans un sens et la direction du faisceau d'éclairage sera modifiée en sens opposé, c'est-à-dire que dans un plan de fréquence les points correspondants aux faisceaux FEG et FRD resteront symétriques par rapport au point correspondant au The entire system will be adjusted so that when the beam FEG enters the objective (4317) while being directed along the optical axis, its direction on arrival at (5174) or (5171) is confused with that of the reference wave. When the mirror (5113) is moved from this central position, the direction of the reference beam will be changed in one direction and the direction of the illumination beam will be changed in the opposite direction, that is, in one direction. frequency plan, the points corresponding to the FEG and FRD beams will remain symmetrical with respect to the point corresponding to the
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faisceau d'éclairage lorsque il entre dans l'objectif suivant la direction de l'axe optique. Le maintien de cette symétrie est rendu possible par: - la configuration générale de l'appareil. En effet, en reprenant le schéma de la Fig. 67, lorsque le faisceau passe d'un plan d'espace (4801) à un second plan d'espace (4804), sa direction est inversée. Dans la configuration adoptée, la différence entre le nombre de plans d'espace traversés par le faisceau d'éclairage et le nombre de plans d'espace traversés par le faisceau de référence est un nombre impair, et le faisceau d'éclairage est donc inversé par rapport au faisceau de référence. lighting beam when it enters the objective along the direction of the optical axis. Maintaining this symmetry is made possible by: - the general configuration of the device. Indeed, by repeating the diagram of FIG. 67, when the beam passes from a space plane (4801) to a second space plane (4804), its direction is reversed. In the adopted configuration, the difference between the number of space planes traversed by the lighting beam and the number of space planes traversed by the reference beam is an odd number, and the lighting beam is therefore reversed. relative to the reference beam.
- le respect de la condition (3), qui signifie que le déplacement du faisceau de référence et le déplacement du faisceau d'éclairage sont de même amplitude. - the respect of the condition (3), which means that the displacement of the reference beam and the displacement of the lighting beam are of the same amplitude.
Cette symétrie de déplacement permet de simplifier les algorithmes et la procédure de réglage. This symmetry of displacement makes it possible to simplify the algorithms and the adjustment procedure.
Les critères de dimensionnement appliqués sur la trajectoire du faisceau FS sont les suivants: - le faisceau FS doit être parallèle à son arrivée sur (5163) - sa largeur à son arrivée sur (5163) doit être égale à celle d'un faisceau qui serait ponctuel dans le plan (5158) et dont l'ouverture serait limitée par l'ouverture de l'objectif. Cette largeur, à l'arrivée du faisceau sur (5163), vaut environ f1 o g
9. 4. Obtention d'une représentation fréquentielle bidimensionnelle simple et détermination du maximum
On entend içi par représentation fréquentielle bidimensionnelle simple une représentation pour laquelle il n'a pas été tenu compte des polarisations, qui peut être obtenue sans connaître les valeurs de K et du point d'impact direct de l'onde d'éclairage, à partir d'un seul capteur. Les étapes de réalisation d'une telle représentation, pour une onde d'éclairage donnée, sont les suivantes: Etape 1- acquisition : (5104) est ouvert et (5109) est fermé, de sorte que la polarisation de l'onde d'éclairage est fixe. d est défini comme suit, le décalage de phase étant effectué avec les actionneurs piézoélectriques (5123) (5148) préalablement calibrés: indice d décalage de phase (degrés) 0 +120 1 0 2 -120
L'image est obtenue à partir d'un quelconque des capteurs CCD. Lorsque elle est obtenue à l'aide de (5171) ou (5201) les lames de phase (5238) et (5248) doivent être supprimées. The design criteria applied to the path of the FS beam are as follows: - the beam FS must be parallel to its arrival on (5163) - its width at its arrival on (5163) must be equal to that of a beam which would be punctual in the plane (5158) and whose opening would be limited by the opening of the lens. This width, at the arrival of the beam on (5163), is about f1 og
9. 4. Obtaining a simple two-dimensional frequency representation and determining the maximum
The term simple two-dimensional frequency representation is understood to mean a representation for which polarizations have not been taken into account, which can be obtained without knowing the values of K and the point of direct impact of the illumination wave, from of a single sensor. The steps for producing such a representation, for a given illumination wave, are as follows: Step 1 - acquisition: (5104) is open and (5109) is closed, so that the polarization of the wave of lighting is fixed. d is defined as follows, the phase shift being performed with the previously calibrated piezoelectric actuators (5123) (5148): phase shift index (degrees) 0 +120 1 0 2 -120
The image is obtained from any of the CCD sensors. When obtained using (5171) or (5201) the phase plates (5238) and (5248) must be deleted.
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On obtient ainsi le tableaux MF[<V)[!j] ou i et; varient de 0 à 2NP, -1 . Etape 2- Calcul des représentation spatiales bidimensionnelles. Le programme effectue:
Etape 3- transformation de Fourier .
This gives the tables MF [<V] [! J] or i and; range from 0 to 2NP, -1. Step 2- Calculation of two-dimensional spatial representations. The program performs:
Step 3- Fourier transformation.
La transformée de Fourier du tableau MG suivant les indices i etj est effectuée. Ceci génère la
représentation fréquentielle MH[ij] oup prend les valeurs 0 ou 1 et ou i et j varient de 0 à 2NP, -1. The Fourier transform of the MG array according to the indices i and j is performed. This generates the
frequency representation MH [ij] oup takes the values 0 or 1 and where i and j vary from 0 to 2NP, -1.
Dans certains cas, cette transformation de Fourier peut ne pas être effectuée : obtient alors une représentation spatiale au lieu d'une représentation fréquentielle. In some cases, this Fourier transformation may not be performed: it then obtains a spatial representation instead of a frequency representation.
Lorsque l'image est à peu près ponctuelle et que les coordonnées et la valeur du maximum doivent être connus, le programme de calcul du maximum procède comme indiqué en 7.3.3.1., à ceci près que le tableau S a maintenant pour dimensions 2 Npix x 2 Npix et est le tableau MH calculé comme ci-dessus. Il obtient ainsi les coordonnées imax,jmax du maximum sur le capteur concerné. L'image est considérée comme centrée si (imax, jmax) = (Npix,Npix) et elle est considérée comme parfaitement ponctuelle lorsque la valeur du maximum obtenue est la plus élevée possible. When the image is approximately punctual and the coordinates and the value of the maximum must be known, the maximum calculation program proceeds as indicated in 7.3.3.1., Except that the table S now has dimensions 2 Npix x 2 Npix and is the MH array calculated as above. It thus obtains the coordinates imax, jmax of the maximum on the sensor concerned. The image is considered centered if (imax, jmax) = (Npix, Npix) and is considered perfectly pointwise when the maximum value obtained is the highest possible.
9. 5. Réglage des positionneurs manuels
9. 5.1. Critères de réglage:
On désigne par FEP un faisceau d'éclairage plan entrant dans l'objectif (4317) en étant dirigé selon l'axe optique et parvenant aux capteurs (5174) (5171). 9. 5. Adjusting the manual positioners
9. 5.1. Setting criteria:
FEP designates a plane lighting beam entering the objective (4317) while being directed along the optical axis and reaching the sensors (5174) (5171).
Les réglages visent à s'assurer que: (1) les faisceaux suivent la trajectoire prévue. The adjustments are to ensure that: (1) the beams follow the intended path.
(2) les faisceaux d'éclairage et de référence sont ponctuels dans les plans de fréquence et parallèles dans les plans d'espace. (2) the lighting and reference beams are punctual in the frequency planes and parallel in the space planes.
(3) les faisceaux FS et FSI sont ponctuels dans les plans d'espace (4) les faisceaux FS et FSI ont des images ponctuelles et centrées sur les capteurs (5171) (5174) (5201) (5198). (3) the FS and FSI beams are punctual in the space planes (4) the FS and FSI beams have point images centered on the sensors (5171) (5174) (5201) (5198).
(5) un faisceau parallèle FEP entrant dans un objectif de microscope (4317) et dirigé selon l'axe optique ait une image ponctuelle et centrée sur les représentation fréquentielles bidimensionnelles obtenues par la procédure 9.4. à partir des images reçue sur les capteurs (5174) ou (5171). (5) a FEP parallel beam entering a microscope objective (4317) and directed along the optical axis has a point image and centered on the two-dimensional frequency representations obtained by the procedure 9.4. from the images received on the sensors (5174) or (5171).
(6) Lorsque l'image du faisceau FEG sur les représentation fréquentielles bidimensionnelles obtenues par la procédure 9.4. à partir des images reçue sur les capteurs (5174) ou (5171) est ponctuelle et centrée, alors (6) When the image of the FEG beam on the two-dimensional frequency representations obtained by the procedure 9.4. from the images received on the sensors (5174) or (5171) is punctual and centered, then
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l'image du faisceau FEGI sur les représentation fréquentielles bidimensionnelles obtenues par la procédure 9.4. à partir des images reçue sur les capteurs (5198) ou (5201) est ponctuelle et centrée. the image of the FEGI beam on the two-dimensional frequency representations obtained by the procedure 9.4. from the images received on the sensors (5198) or (5201) is punctual and centered.
(7) Quelle que soit la position du miroir (5113): - les points correspondants aux faisceaux FRD, FEDI,FEG,FEP sur les représentation fréquentielles bidimensionnelles obtenues par la procédure 9. 4. à partir des images reçue sur les capteurs (5174) ou (5171) sont disposés comme indiqué sur la Fig.78 - les points correspondants aux faisceaux FRG,FEGI,FED sur les représentation fréquentielles bidimensionnelles obtenues par la procédure 9. 4. à partir des images reçue sur les capteurs (5198) ou (5201) sont disposés comme indiqué sur la Fig.79. (7) Whatever the position of the mirror (5113): - the points corresponding to the beams FRD, FEDI, FEG, FEP on the two-dimensional frequency representations obtained by the procedure 9. 4. from the images received on the sensors (5174 ) or (5171) are arranged as shown in Fig.78 - the points corresponding to the beams FRG, FEGI, FED on the two-dimensional frequency representations obtained by the procedure 9. 4. from the images received on the sensors (5198) or (5201) are arranged as shown in Fig.79.
Pour expliciter d'avantage cette condition on notera de la même manière un faisceau et le point correspondant sur un des capteurs et on note (A, B) le vecteur reliant les points A et B. Cette condition signifie que: (i) FRD et FEDI sont sur une même droite verticale. To further explain this condition we will similarly note a beam and the corresponding point on one of the sensors and note (A, B) the vector connecting points A and B. This condition means that: (i) FRD and FEDI are on the same vertical line.
(ii) FEDI et FEG sont sur une même droite horizontale. (ii) FEDI and FEG are on the same horizontal line.
(iii) FEP est le milieu de FRD et FEG (iv) (FRG,FEGI)=(FRD,FEDI) (v) (FEGI,FED)=(FEG,FEDI)
Les réglages découlent naturellement du respect des conditions (1) à (7) . La suite d'étapes de réglage détaillée ci-après constitue un example d'ordonnancement de ces réglages. (iii) FEP is the middle of FRD and FEG (iv) (FRG, FEGI) = (FRD, FEDI) (v) (FEGI, FED) = (FEG, FEDI)
The settings naturally follow from the conditions (1) to (7). The following detailed set of steps is an example of scheduling these settings.
9. 5.2. Etapes de réglage. 9. 5.2. Steps of adjustment.
Dans certaines phases de réglage on utilisera un faisceau parallèle provisoire noté FEP. Ce faisceau est dérivé directement du laser (5100) à l'aide d'un miroir semi-transparent et dirigé vers l'entrée de l'objectif (4317), auquel il parvient en étant dirigé selon l'axe optique, et qu'il traverse avant de se diriger vers les capteurs (5171) et (5174). In some tuning phases, a temporary parallel beam marked FEP will be used. This beam is derived directly from the laser (5100) by means of a semi-transparent mirror and directed towards the entrance of the objective (4317), to which it manages to be directed along the optical axis, and that it crosses before heading towards the sensors (5171) and (5174).
La mise en place de FEP nécessite la suppression provisoire de l'objectif (4319). Les parties du système dites liées au sol sont en réalité liées à un support plan ordinairement posé sur le sol ou sur une table sans précaution particulière, la table optique étant elle-même posée, par l'intermédiaire d'amortisseurs, sur ce support plan. Pendant l'ensemble des réglages décrits dans le présent paragraphe, la table optique sera solidarisée du support plan, c'est-à-dire fixée sans amortissement et sans liberté de mouvement au support plan, dans une position aussi proche que possible de la position de la table optique lorsqu'elle est libre sur ses amortisseurs. Le support plan lui-même sera fixé sur une seconde table optique. Ce dispositif permet de générer des figures d'interférence utilisant le faisceau FEP, ce qui serait impossible du fait des vibrations si ledit support plan était fixé directement au sol comme dans la phase de fonctionnement normal du microscope. The introduction of VET requires the temporary abolition of the objective (4319). The so-called ground-related parts of the system are actually connected to a plane support ordinarily placed on the ground or on a table without any particular precaution, the optical table itself being placed, via dampers, on this flat support . During all the adjustments described in this paragraph, the optical table will be secured to the flat support, that is to say fixed without damping and without freedom of movement to the plane support, in a position as close as possible to the position of the optical table when it is free on its shock absorbers. The plane support itself will be fixed on a second optical table. This device makes it possible to generate interference patterns using the FEP beam, which would be impossible because of the vibrations if said flat support was fixed directly to the ground as in the normal operating phase of the microscope.
L'utilisation des faisceaux FEG, FED,FEGI,FEDI,FS,FSI se commande par les obturateurs (5144) (5207) (5218) (5209) (5161) (5186) (5254). Des obturateurs non représentés permettent également de supprimer les faisceaux FRD et FRG. The use of the FEG, FED, FEGI, FEDI, FS, FSI beams is controlled by the shutters (5144) (5207) (5218) (5209) (5161) (5186) (5254). Unrepresented shutters also make it possible to remove the FRD and FRG beams.
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Sur une image de dimensions 2Npix2Npix un point sera dit centré si ses coordonnées sont
N p, , NP, ) . On an image of dimensions 2Npix2Npix a point will be said centered if its coordinates are
N p,, NP,).
Les étapes suivantes constituent un exemple d'ordonnancement des réglages: Etape 1 : Préréglage
Un préréglage est effectué pendant lequel le miroir est positionné en une position centrale et la trajectoire du faisceau est contrôlée avec un diffuseur. Pendant ce préréglage, la position de l'ensemble des éléments est réglée de manière à ce que le faisceau suive approximativement la trajectoire prévue. Par exemple, à la sortie de (5112) on vérifie la bonne superposition spatiale des faisceaux. Entre (5156) et (5159) on vérifie que le faisceau réfléchi a la même extension spatiale que le faisceau arrivant. The following steps are an example of scheduling the settings: Step 1: Preset
A preset is made during which the mirror is positioned at a central position and the beam path is controlled with a diffuser. During this preset, the position of all elements is adjusted so that the beam follows approximately the intended path. For example, at the output of (5112) one checks the good spatial superposition of the beams. Between (5156) and (5159) it is verified that the reflected beam has the same spatial extent as the arriving beam.
Pendant l'ensemble du réglage qui suit, ce préréglage pourra être constamment vérifié ou affmé, toujours à l'aide du diffuseur, sans que cela soit rappelé. Si on travaille dans le domaine de l'UV, il est dangereux de visualiser directement la lumière. On remplace alors le diffuseur par un CCD auxiliaire, et on observe sur un écran la zone illuminée sur ce CCD au lieu de l'observer directement. During the entire setting that follows, this preset can be constantly checked or cleared, still using the diffuser, without this being recalled. If you work in the UV field, it is dangerous to visualize the light directly. We then replace the diffuser with an auxiliary CCD, and we observe on a screen the illuminated area on this CCD instead of observing it directly.
Etape 2: Réglage en translation de la lentille (5105)
Le fréquencemètre est positionné derrière la lentille (5105) et la position de celle-ci est réglée pour avoir une image ponctuelle sur le fréquencemètre. Step 2: Adjustment in translation of the lens (5105)
The frequency meter is positioned behind the lens (5105) and the position thereof is set to have a point image on the frequency meter.
Etape 3: Réglage en translation de la lentille (5110)
Le fréquencemètre est positionné derrière la lentille (5110) et la position de celle-ci est réglée pour avoir une image ponctuelle sur le fréquencemètre. Step 3: Adjustment in translation of the lens (5110)
The frequency meter is positioned behind the lens (5110) and the position thereof is set to have a spot image on the frequency meter.
Etape 4 : Réglage de l'orientation du miroir semi-transparent (5112). Step 4: Adjust the orientation of the semi-transparent mirror (5112).
Le fréquencemètre est utilisé et positionné derrière (5112). Les obturateurs (5104) et (5106) étant ouverts et fermés alternativement, l'image intégrée produite sur le capteur du fréquencemètre consiste en deux points issus de chacun des faisceaux superposés. La position angulaire de (5112) est ajustée de manière à superposer ces deux points. The frequency meter is used and positioned behind (5112). Since the shutters (5104) and (5106) are open and closed alternately, the integrated image produced on the frequency meter sensor consists of two points from each of the superposed beams. The angular position of (5112) is adjusted so as to superimpose these two points.
Etape 5 : réglage en translation de la lentille (5251)
Le fréquencemètre est positionné derrière la lentille (5251) et la position de celle-ci est réglée pour avoir une image ponctuelle sur le fréquencemètre. Step 5: Adjustment in translation of the lens (5251)
The frequency meter is positioned behind the lens (5251) and the position thereof is set to have a spot image on the frequency meter.
Etape 6 : réglage en translation de la lentille (5121)
Le fréquencemètre est positionné derrière la lentille (5251) et la position de celle-ci est réglée pour avoir une image ponctuelle sur le fréquencemètre. Step 6: translational adjustment of the lens (5121)
The frequency meter is positioned behind the lens (5251) and the position thereof is set to have a spot image on the frequency meter.
Etape 7-Réglage en translation du doublet (5127) (5126) Step 7-Translation Adjustment of the Duplicate (5127) (5126)
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Le fréquencemètre est placé derrière (5127) sur la trajectoire du faisceau et le doublet est déplacé de manière à ce que l'image sur le CCD du fréquencemètre soit ponctuelle. The frequency meter is placed behind (5127) on the beam path and the doublet is moved so that the image on the CCD of the frequency meter is punctual.
Etape 8-Réglage en translation de la lentille (5146). Step 8-Adjustment in translation of the lens (5146).
Ce réglage est effectué à l'aide du fréquencemètre, placé derrière (5146). L'image sur le CCD du fréquencemètre doit être aussi ponctuelle que possible. This adjustment is made using the frequency counter, placed behind (5146). The image on the CCD of the frequency meter should be as punctual as possible.
Etape 9-Réglage en translation du doublet (5151) (5152):
Le fréquencemètre est placé derrière (5152) sur la trajectoire du faisceau et le réglage est effectué de manière à ce que l'image sur le CCD du fréquencemètre soit ponctuelle. Step 9-Translation Adjustment of the Duplicate (5151) (5152):
The frequency meter is placed behind (5152) in the beam path and the adjustment is made so that the image on the CCD of the frequency meter is punctual.
Etape 10-Réglage en translation de la lentille (5140)
Le réglage est effectué à l'aide du fréquencemètre placé derrière (5140). L'image sur le CCD du fréquencemètre doit être ponctuelle. Step 10-Translation Adjustment of the Lens (5140)
The setting is made using the frequency counter behind (5140). The image on the CCD of the frequency meter must be punctual.
Etape 11-Réglage en translation de la lentille (5154)
Le fréquencemètre est placé derrière (5154). L'image sur le CCD du fréquencemètre doit être ponctuelle. Step 11-Translation Adjustment of the Lens (5154)
The frequency meter is placed behind (5154). The image on the CCD of the frequency meter must be punctual.
Etape 12-Réglage en translation du doublet (5178) (5179)
Le fréquencemètre est placé par exemple derrière (5213). L'image sur le CCD du fréquencemètre doit être ponctuelle. Step 12-Translation Adjustment of the Duplicate (5178) (5179)
The frequency meter is placed for example behind (5213). The image on the CCD of the frequency meter must be punctual.
Etape 13-Réglage en translation de la lentille (5159)
Le fréquencemètre est placé entre (5156) et (5162). La position de (5159) est réglée pour que l'image de FEDI sur le CCD du fréquencemètre soit ponctuelle. Step 13-Translation Adjustment of the Lens (5159)
The frequency meter is placed between (5156) and (5162). The position of (5159) is set so that the FEDI image on the frequency meter's CCD is punctual.
Etape 14-Introduction d'un faisceau d'éclairage provisoire parallèle FEP. Step 14-Introduction of a FEP parallel temporary lighting beam.
Ce faisceau a les caractéristiques explicitées au début du présent paragraphe. This beam has the characteristics explained at the beginning of this paragraph.
Etape 15-Réglage en translation de la lentille (5157)
Le fréquencemètre est placé entre (5156) et (5162). La position de (5157) est réglée pour que l'image de FEP sur le capteur CCD du fréquencemètre soit ponctuelle. Step 15-Translation Adjustment of the Lens (5157)
The frequency meter is placed between (5156) and (5162). The position of (5157) is set so that the FEP image on the frequency meter's CCD is punctual.
Etape 16-Réglage de l'orientation du miroir semi-transparent (5156)
La position de (5156) est réglée de manière à ce que FEP et FEDI aient des images ponctuelles confondues sur le fréquencemètre. Step 16-Setting the orientation of the semi-transparent mirror (5156)
The position of (5156) is set so that FEP and FEDI have coincident point images on the frequency meter.
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Etape 17-Réglage en translation de la lentille (5162) . Step 17-Translational adjustment of the lens (5162).
Un CCD est provisoirement mis en place à l'emplacement de (5158). FS est utilisé. (5162) est réglé pour que l'image de FS sur ce CCD provisoire soit ponctuelle. A CCD is provisionally set up at the site of (5158). FS is used. (5162) is set so that the FS image on this temporary CCD is punctual.
Etape 18 : Réglage de l'orientation du miroir partiellement transparent (5163)
Le CCD reste utilisé avec le faisceau FS. (5163) est réglé pour que l'image de FS sur ce CCD provisoire soit centrée par rapport à l'emplacement du diaphragme. Step 18: Adjusting the orientation of the partially transparent mirror (5163)
The CCD remains used with the FS beam. (5163) is set so that the FS image on this temporary CCD is centered with respect to the location of the diaphragm.
Etape 19-Réglage en translation de la lentille (5189)
Le fréquencemètre est positionné entre (5163) et (5164). (5189) est réglé de manière à obtenir une image ponctuelle de FSI sur le fréquencemètre. Step 19-Translation Adjustment of the Lens (5189)
The frequency meter is positioned between (5163) and (5164). (5189) is set to obtain a point image of FSI on the frequency meter.
Etape 20-Réglage en translation de la lentille (5166)
FEDI est utilisé. Le fréquencemètre est positionné sur la trajectoire du faisceau derrière (5166) et la position de (5166) est ajustée de manière à ce que l'image de FEDI sur le fréquencemètre soit ponctuelle. Step 20-Translation Adjustment of the Lens (5166)
FEDI is used. The frequency meter is positioned on the path of the behind beam (5166) and the position of (5166) is adjusted so that the FEDI image on the frequency meter is punctual.
Etape 21-Réglage en translation 3 axes des capteurs (5174) et (5171). Step 21-Adjustment in 3-axis translation of the sensors (5174) and (5171).
On utilise FSI et FRD. Un programme calcule la représentation fréquentielle bidimensionnelle reçue sur chaque CCD (5174) ou (5171) suivant la procédure décrite en 9.4., mais en n'effectuant pas l'étape 3 de transformation de Fourier. La position des CCD est ajustée pour obtenir à partir de chaque CCD une image ponctuelle centrée. We use FSI and FRD. A program calculates the two-dimensional frequency representation received on each CCD (5174) or (5171) according to the procedure described in 9.4, but not performing the Fourier transform step 3. The position of the CCDs is adjusted to obtain from each CCD a point-centered image.
Etape 22-Réglage de l'orientation du miroir partiellement transparent (5236)
On utilise FRD et FEDI. Un programme calcule la représentation fréquentielle bidimensionnelle reçue sur le CCD (5174) suivant la procédure décrite en 9.4. Step 22-Adjusting the Orientation of the Partially Transparent Mirror (5236)
We use FRD and FEDI. A program calculates the two-dimensional frequency representation received on the CCD (5174) according to the procedure described in 9.4.
La position de (5236) est réglée de manière à ce que la représentation fréquentielle bidimensionnelle obtenue sur chaque CCD soit centrée. The position of (5236) is adjusted so that the two-dimensional frequency representation obtained on each CCD is centered.
Etape 23-Réglage de l'orientation du miroir partiellement transparent (5232)
On utilise FRD et FEDI. Un programme calcule la représentation fréquentielle bidimensionnelle reçue sur le CCD (5171) suivant la procédure décrite en 9.4. Step 23-Setting the orientation of the partially transparent mirror (5232)
We use FRD and FEDI. A program calculates the two-dimensional frequency representation received on the CCD (5171) according to the procedure described in 9.4.
La position de (5232) est réglée de manière à ce que la représentation fréquentielle bidimensionnelle obtenue sur chaque CCD soit centrée. The position of (5232) is set so that the two-dimensional frequency representation obtained on each CCD is centered.
Etape 24-Réglage de la distance focale du doublet (5126) (5127) et réglage en rotation autour de l'axe optique des capteurs (5174) (5171). Step 24-Setting the focal length of the doublet (5126) (5127) and adjusting in rotation about the optical axis of the sensors (5174) (5171).
Les faisceaux FRD, FEP sont utilisés. Un programme calcule la représentation fréquentielle bidimensionnelle reçue sur chaque CCD (5174) ou (5171) suivant la procédure décrite en 9.4. The FRD, FEP beams are used. A program calculates the two-dimensional frequency representation received on each CCD (5174) or (5171) according to the procedure described in 9.4.
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La position initiale du miroir (5113), dans laquelle ont été effectués les réglages précédents, est la position centrée. Elle doit être enregistrée. On l'appellera position C. The initial position of the mirror (5113), in which the previous settings were made, is the centered position. It must be registered. It will be called position C.
Le miroir (5113) est déplacé de manière telle que, sur la représentation fréquentielle bidimensionnelle obtenue sur chaque CCD (5174) ou (5171) le point correspondant à FEP soit excentré au maximum. Cette position du miroir est enregistrée et sera réutilisée par la suite. On l'appellera position E. The mirror (5113) is moved such that, on the two-dimensional frequency representation obtained on each CCD (5174) or (5171), the point corresponding to FEP is eccentric to the maximum. This position of the mirror is recorded and will be reused later. It will be called position E.
Le faisceau FEDI est introduit
Les positions des différents éléments sont ajustées pour que sur chacune des deux représentations obtenues : -les coordonnées des points associés à FRD (point central) et FEDI soient correctes par rapport à celles du point associé à FEP, c'est-à-dire symétriques par rapport à l'axe horizontal passant par le point associé à FEP, comme indiqué sur la Fig. 78 ou (5501) représente le contour de la zone bidimensionnelle obtenue à l'issue de la procédure décrite en 9. 4. et ou (5502) représente la limite définie par l'ouverture de l'objectif. The FEDI beam is introduced
The positions of the different elements are adjusted so that on each of the two representations obtained: the coordinates of the points associated with FRD (central point) and FEDI are correct compared to those of the point associated with FEP, that is to say symmetrical relative to the horizontal axis passing through the point associated with FEP, as shown in FIG. 78 or (5501) represents the contour of the two-dimensional zone obtained after the procedure described in 9. 4. and or (5502) represents the limit defined by the opening of the objective.
- les images de FEP et FEDI restent ponctuelles Plus précisément: - la focale de l'ensemble (5126) (5127) est réglée pour que la distance entre le point associé à FEP et le point associé à FRD soit égale à la distance entre le point associé à FEP et le point associé à FEDI. - the images of FEP and FEDI remain punctual More precisely: - the focal length of the set (5126) (5127) is set so that the distance between the point associated with FEP and the point associated with FRD is equal to the distance between the point associated with FEP and the point associated with FEDI.
Comme les changements de position des lentilles du doublet peuvent entraîner une défocalisation, les positions des lentilles du doublet sont également ajustées pour que l'image de FEP et FEDI reste ponctuelle. Since changes in position of the doublet lenses may result in defocusing, the positions of the doublet lenses are also adjusted so that the FEP and FEDI image remains punctual.
- la position en rotation des capteurs est réglée pour que la droite passant par les points associés respectivement à FRD et FEDI soit verticale. - The rotational position of the sensors is adjusted so that the line passing through the points associated respectively with FRD and FEDI is vertical.
Du fait de la non-coïncidence de l'axe de rotation des CCD avec le point central de ces capteurs, ce réglage en rotation peut entraîner une perte du réglage en translation des CCD. C'est pourquoi, à l'issue de cette opération, le miroir est ramené en position C et l'étape 21 est à nouveau effectuée. Les étapes 21 et 24 peuvent être ainsi répétées en séquence un certain nombre de fois de manière à converger vers un réglage correct des capteurs en translation et en rotation. Due to the non-coincidence of the axis of rotation of the CCDs with the central point of these sensors, this rotation setting can cause a loss of the translation setting of the CCDs. Therefore, at the end of this operation, the mirror is returned to position C and step 21 is performed again. Steps 21 and 24 can thus be repeated in sequence a certain number of times so as to converge towards correct adjustment of the transducers in translation and in rotation.
Etape 25-Réglage en translation de la position des objectifs (4319) et (4317)
Le miroir (5113) est ramené à sa position d'origine (position C), le faisceau FEP est supprimé, les objectifs sont remis en place. Un CCD provisoire est positionné à l'emplacement de (5184). Le faisceau FS est seul utilisé. Une lame transparente est utilisée comme objet. Step 25-Translation Adjustment of the Position of the Objectives (4319) and (4317)
The mirror (5113) is returned to its original position (position C), the beam FEP is removed, the objectives are put back in place. A temporary CCD is positioned at the location of (5184). The FS beam is used alone. A transparent slide is used as an object.
La position des objectifs est ajustée pour obtenir une image ponctuelle et centrée. The position of the lenses is adjusted to obtain a point and centered image.
Etape 26-Réglage en translation de la lentille (5183)
Le faisceau FED est utilisé. Le fréquencemètre est positionné derrière (5183) sur la trajectoire de FED. (5183) est réglé pour que FED ait une image ponctuelle sur le fréquencemètre. Step 26-Translation Adjustment of the Lens (5183)
The FED beam is used. The frequency meter is positioned behind (5183) on the FED path. (5183) is set for FED to have a spot image on the frequency meter.
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Etape 27-Réglage en translation du doublet (5178) (5179) et réglage de l'orientation du miroir semitransparent (5182)
Les faisceaux FEG et FRD sont utilisés. Une représentation fréquentielle bidimensionnelle est obtenue à partir des CCD (5174) ou (5171) par la procédure 9.4. Step 27-Translation Adjustment of the Duplicate (5178) (5179) and Adjustment of the Orientation of the Semitransparent Mirror (5182)
The FEG and FRD beams are used. A two-dimensional frequency representation is obtained from the CCDs (5174) or (5171) by the procedure 9.4.
La position conjointe du doublet (5178) (5179) est réglée de manière à ce que la représentation obtenue soit ponctuelle. Le miroir semi-transparent (5182) est réglé pour que cette image soit centrée. The joint position of the doublet (5178) (5179) is adjusted so that the representation obtained is punctual. The semi-transparent mirror (5182) is set so that this image is centered.
Etape 28-Réglage de focale du doublet (5178) (5179), réglage en rotation de l'ensemble (5181), et réglage de l'orientation du miroir semi-transparent (5182). Step 28-Focal length adjustment of the doublet (5178) (5179), rotational adjustment of the assembly (5181), and adjustment of the orientation of the semi-transparent mirror (5182).
Les faisceaux FRD, FEG sont utilisés. Une représentation fréquentielle bidimensionnelle est obtenue à partir des CCD (5174) ou (5171) par la procédure 9.4. Les opérations ol et o2 ci-dessus doivent être répétées dans cet ordre un certain nombre de fois pour converger vers un réglage correct. ol: Le miroir (5113) est mis en position C et le miroir semi-transparent (5182) est réglé pour que le point de la représentation fréquentielle correspondant à FEG soit centré. o2 :Le miroir (5113) est mis en position E (excentrée). The FRD, FEG beams are used. A two-dimensional frequency representation is obtained from the CCDs (5174) or (5171) by the procedure 9.4. Operations ol and o2 above must be repeated in this order a number of times to converge to a proper setting. ol: The mirror (5113) is set in position C and the semi-transparent mirror (5182) is set so that the point of the frequency representation corresponding to FEG is centered. o2: The mirror (5113) is set to the E (eccentric) position.
Les différents éléments sont réglés pour que le point correspondant à FEG obtenu sur l'image soit correctement positionné par rapport aux autres. Le point correspondant à FEP est connu par le réglage effectué à l'étape 24. Le point correspondant à FEG doit être symétrique du point correspondant à FRD par rapport au point correspondant à FEP comme indiqué sur la Fig. 78. The different elements are set so that the point corresponding to the FEG obtained on the image is correctly positioned relative to the others. The point corresponding to FEP is known from the setting made in step 24. The point corresponding to FEG must be symmetrical with the point corresponding to FRD with respect to the point corresponding to FEP as indicated in FIG. 78.
Plus précisément: - la focale du doublet (5178) (5179) est réglée pour que la distance entre les points correspondant à FRD et FEP soit égale à la distance entre les points correspondant à FEP et FEG. Comme les changements de position des lentilles du doublet peuvent entraîner une défocalisation, les positions des lentilles du doublet sont également ajustées pour que l'image de FEG reste ponctuelle. More precisely: - The focal point of the doublet (5178) (5179) is set so that the distance between the points corresponding to FRD and FEP is equal to the distance between the points corresponding to FEP and FEG. Since the positional changes of the doublet lenses may result in defocusing, the lens positions of the doublet are also adjusted so that the FEG image remains punctual.
- la position en rotation de l'ensemble (5181) est réglée pour que les points FRD, FEP et FEG soient alignés. - The rotating position of the assembly (5181) is set so that the points FRD, FEP and FEG are aligned.
Etape 29-Réglage en translation de la lentille (5185)
Le miroir (5113) est ramené en position C. Le fréquencemètre est positionné entre (5182) et (5188). La position de (5185) est réglée pour que l'image de FEGI sur le fréquencemètre soit ponctuelle. Step 29-Translation Adjustment of the Lens (5185)
The mirror (5113) is returned to position C. The frequency meter is positioned between (5182) and (5188). The position of (5185) is set so that the FEGI image on the frequency meter is punctual.
Etape 30-Réglage en translation de la lentille (5188)
Le faisceau FS est utilisé. Le fréquencemètre est positionné derrière (5188). La position de (5188) est réglée pour que FS ait une image ponctuelle sur le CCD du fréquencemètre. Step 30-Translation Adjustment of the Lens (5188)
The FS beam is used. The frequency meter is positioned behind (5188). The position of (5188) is set so that FS has a spot image on the frequency meter's CCD.
Etape 31-Réglage en translation du doublet (5192)(5193) Step 31-Translation Adjustment of the Duplicate (5192) (5193)
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FEGI est utilisé. Le fréquencemètre est positionné derrière (5193). La position conjointe de (5192) (5193) est réglée pour que FEGI ait une image ponctuelle sur le CCD du fréquencemètre. FEGI is used. The frequency meter is positioned behind (5193). The joint position of (5192) (5193) is set so that FEGI has a point image on the frequency meter's CCD.
Etape 32-Réglage en translation 3 axes des capteurs (5198) et (5201). Step 32-3-axis translation adjustment of the sensors (5198) and (5201).
On utilise FS et FRG. Un programme calcule la représentation fréquentielle bidimensionnelle reçue sur chaque CCD (5198) ou (5201) suivant la procédure 9.4. mais en n'effectuant pas l'étape 3 de transformation de Fourier. La position des CCD est ajustée pour obtenir à partir de chaque CCD une image ponctuelle centrée. FS and FRG are used. A program calculates the two-dimensional frequency representation received on each CCD (5198) or (5201) according to procedure 9.4. but not performing step 3 of Fourier transformation. The position of the CCDs is adjusted to obtain from each CCD a point-centered image.
Etape 33-Réglage de l'orientation du miroir partiellement transparent (5246)
On utilise FRG et FEGI. Un programme calcule la représentation fréquentielle bidimensionnelle reçue sur le CCD (5198) suivant la procédure 9.3.1. Step 33-Adjusting the Partially Transparent Mirror Orientation (5246)
FRG and FEGI are used. A program calculates the two-dimensional frequency representation received on the CCD (5198) according to 9.3.1.
La position de (5246) est réglée de manière à ce que la représentation fréquentielle bidimensionnelle obtenue soit centrée. The position of (5246) is adjusted so that the two-dimensional frequency representation obtained is centered.
Etape 34-Réglage de l'orientation du miroir partiellement transparent (5242)
On utilise FRG et FEGI. Un programme calcule la représentation fréquentielle bidimensionnelle reçue sur le CCD (5201) suivant la procédure 9.3.1. Step 34-Adjusting the Orientation of the Partially Transparent Mirror (5242)
FRG and FEGI are used. A program calculates the two-dimensional frequency representation received on the CCD (5201) according to 9.3.1.
La position de (5242) est réglée de manière à ce que la représentation fréquentielle bidimensionnelle obtenue soit centrée. The position of (5242) is adjusted so that the two-dimensional frequency representation obtained is centered.
Etape 35-Réglage - de la focale du doublet (5151) (5152) - de la focale du doublet (5192)(5193) - de l'ensemble (5212) en rotation - des CCD (5198) et (5201) en rotation autour de l'axe optique
Les faisceaux FRG, FED, FEGI sont utilisés. Le miroir (5113) est remis en position E (excentrée). Step 35-Setting - of the doublet focal length (5151) (5152) - of the focal length of the doublet (5192) (5193) - of the set (5212) in rotation - of the CCDs (5198) and (5201) in rotation around the optical axis
The FRG, FED, FEGI beams are used. The mirror (5113) is returned to the E (eccentric) position.
Un programme calcule la représentation fréquentielle bidimensionnelle reçue sur les CCD (5198) (5201) suivant la procédure 9.3.1. A program calculates the two-dimensional frequency representation received on the CCDs (5198) (5201) according to the procedure 9.3.1.
Les positions de l'ensemble des éléments sont ajustées de manière à ce que: -les coordonnées des points associés à FRG, FED, FEGI soient correctes, soit avec les notations utilisées en 9.5.1. : (FRG, FEGI)=(FRD,FEDI) et (FEGI,FED)=(FEG,FEDI) ou les positions des points FRD, FEG,FEDI sont celles qui ont été obtenues lors des étapes 24 et 28, l'ensemble de ces points étant représentés sur les Fig.78 et 79. The positions of all the elements are adjusted in such a way that: - the coordinates of the points associated with FRG, FED, FEGI are correct, or with the notation used in 9.5.1. : (FRG, FEGI) = (FRD, FEDI) and (FEGI, FED) = (FEG, FEDI) where the positions of the FRD, FEG, FEDI points are those obtained in steps 24 and 28, the whole of these points being shown in Figs. 78 and 79.
- les images de FEP et FEG restent ponctuelles Plus précisément: - images of FEP and FEG remain punctual More precisely:
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La focale du doublet (5192)(5193) est ajustée pour que la distance entre les points correspondant à FEGI et à FED soit correcte . Comme les changements de position des lentilles du doublet peuvent entraîner une défocalisation, les positions des lentilles du doublet sont également ajustées pour que l'image de FED et FEGI reste ponctuelle. The focal length of the doublet (5192) (5193) is adjusted so that the distance between the points corresponding to FEGI and FED is correct. Since the positional changes of the doublet lenses may result in defocusing, the lens positions of the doublet are also adjusted so that the FED and FEGI image remains punctual.
La position en rotation des CCD (5198) et (5201) est réglée pour que le segment FEGI-FED soit horizontal. The rotational position of the CCDs (5198) and (5201) is set so that the FEGI-FED segment is horizontal.
La focale du doublet (5151) (5152) et la position de l'ensemble (5151) (5152) sont réglés pour que la distance entre FRG et FEGI soit correcte et pour que la droite liant ces points soit verticale. Comme les changements de position des lentilles du doublet peuvent entraîner une défocalisation, les positions des lentilles du doublet sont également ajustées pour que l'image de FEGI reste ponctuelle. The focal length of the doublet (5151) (5152) and the position of the assembly (5151) (5152) are adjusted so that the distance between FRG and FEGI is correct and that the straight line linking these points is vertical. Since the positional changes of the doublet lenses may result in defocusing, the lens positions of the doublet are also adjusted so that the FEGI image remains punctual.
A l'issue de ce réglage le miroir (5113) est ramené en position C. At the end of this adjustment the mirror (5113) is brought back to position C.
Les étapes 32à 35peuvent être recommencées dans cet ordre un certain nombre de fois pour converger vers les positions correctes. En effet l'étape 35 est entraîne un dérèglement de la position centrale des CCD et de l'orientation des faisceaux de référence utilisés en position C. Steps 32 to 35 can be repeated in this order a number of times to converge to the correct positions. Indeed, step 35 causes a disturbance of the central position of the CCDs and the orientation of the reference beams used in position C.
Etape 36 : réglage de la position de la vitre (5165) dans le sens de l'axe optique. Step 36: Adjust the position of the window (5165) in the direction of the optical axis.
Les faisceaux FSI et FRD sont utilisés. Une image en fréquence est obtenue par la procédure 9.4.1. à partir des capteurs (5171) (5174). Sur cette image en fréquence, le point noir de la vitre est visible en sombre sur fond clair. La position de la vitre est réglée pour que le point noir se détache du fond avec le meilleur contraste possible. FSI and FRD beams are used. A frequency image is obtained by procedure 9.4.1. from the sensors (5171) (5174). On this frequency image, the black point of the glass is visible in dark on a light background. The position of the glass is adjusted so that the black dot is detached from the background with the best possible contrast.
Etape 37 : réglage de la position de la vitre (5191) dans le sens de l'axe optique. Step 37: Adjust the position of the window (5191) in the direction of the optical axis.
Les faisceaux FS et FRG sont utilisés. Une image en fréquence est obtenue par la procédure 9. 4. à partir des capteurs (5201) (5198). Sur cette image en fréquence, le point noir de la vitre est visible en sombre sur fond clair. La position de la vitre est réglée pour que le point noir se détache du fond avec le meilleur contraste possible. The beams FS and FRG are used. A frequency image is obtained by the procedure 9. 4. from the sensors (5201) (5198). On this frequency image, the black point of the glass is visible in dark on a light background. The position of the glass is adjusted so that the black dot is detached from the background with the best possible contrast.
Etape 38 : en rotation autour de l'axe optique et translation 2 axes des diaphragmes (5164) et (5190)
Préalablement à ce réglage le miroir (5113) est ramené en position centrale. Step 38: in rotation about the optical axis and 2-axis translation of the diaphragms (5164) and (5190)
Prior to this adjustment, the mirror (5113) is brought back to the central position.
Ces diaphragmes ont la forme indiquée Fig.82. Ils sont réglables en translation sur 3 axes et en rotation autour de l'axe optique. Les faisceaux FS,FSI,FRG,FRGI sont utilisés pour leur réglage. Une image en fréquence est obtenue par la procédure 9. 4. à partir de chacun des capteurs (5174) (5198). These diaphragms have the form shown in Fig.82. They are adjustable in translation on 3 axes and in rotation around the optical axis. The beams FS, FSI, FRG, FRGI are used for their adjustment. A frequency image is obtained by procedure 9. 4. from each of the sensors (5174) (5198).
Ils sont réglés en translation pour avoir une image centrée sur chaque capteur et aussi nette que possible sans toutefois gêner le mouvement de la vitre mobile (5165) ou (5191) qui leur est associée. Ils sont réglés en rotation pour que les coordonnées du point occulté par la pièce mobile (5712) soient les mêmes sur l'image obtenue à partir de chaque capteur. Ces coordonnées seront par la suite notées (io, jo). A l'issue de ce réglage le programme détermine également le rayon Rouv de l'image obtenue sur chaque capteur, qui They are set in translation to have an image centered on each sensor and as clean as possible without however impeding the movement of the moving window (5165) or (5191) associated with them. They are set in rotation so that the coordinates of the point obscured by the moving part (5712) are the same on the image obtained from each sensor. These coordinates will subsequently be noted (io, jo). At the end of this adjustment, the program also determines the radius Rouv of the image obtained on each sensor, which
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caractérise la zone accessible par les faisceaux non arrêtés par l'ouverture de l'objectif.Il est préférable de sous-estimer légèrement Rouv. characterizes the area accessible by the beams not stopped by the opening of the objective.It is better to underestimate slightly Rouv.
A la suite de cette procédure de réglage, les objectifs sont positionnés de sorte que FS ait une image ponctuelle et centrée sur chaque capteur. Ce réglage ne sera pas modifiéjusqu'à introduction de l'échantillon. As a result of this adjustment procedure, the lenses are positioned so that FS has a point image centered on each sensor. This setting will not be changed until the sample is inserted.
9. 6. Commande du déviateur de faisceau. 9. 6. Control of the beam deflector.
A chaque position du miroir correspond un maximum (point FE sur la Fig. 75) de l'image en fréquence obtenue par la procédure 9. 4. Le point FR correspondant à l'onde de référence est au centre de l'image. Le point FO correspondant au centre optique est le milieu de FR et FE. Les coordonnées du point FE dans un repère centré sur FO sont l'équivalent des coordonnées du point d'impact direct de l'onde de référence par rapport au centre optique dans le troisième mode de réalisation. At each position of the mirror corresponds a maximum (point FE in Fig. 75) of the frequency image obtained by procedure 9. 4. The point FR corresponding to the reference wave is at the center of the image. The point FO corresponding to the optical center is the middle of FR and FE. The coordinates of the point FE in a coordinate system centered on FO are the equivalent of the coordinates of the point of direct impact of the reference wave with respect to the optical center in the third embodiment.
L'indice p caractérisera le coté droit ou gauche du microscope avec p=0 pour les capteurs (5171) (5174) et p=1 pour les capteurs (5198)(5201). The index p will characterize the right or left side of the microscope with p = 0 for the sensors (5171) (5174) and p = 1 for the sensors (5198) (5201).
Le système de positionnement du miroir de déviation de faisceau est constitué de deux actionneurs ne présentant pas d'hystérésis. Par exemple on peut utiliser un positionnement par moteurs pas à pas comme décrit dans le premier mode de réalisation. Si l'ensemble est réalisé avec suffisamment de soin, un tel système peut présenter une hystérésis très faible. La position du miroir est alors caractérisée par le nombre de pas effectué par chaque moteur depuis un point central. On peut aussi utiliser des positionneurs piézoélectriques équipés d'une boucle de rétroaction permettant un contrôle précis de leur allongement, auquel cas le nombre de pas de chaque moteur est remplacé par l'allongement de chaque actionneur. Il est également possible d'utiliser des positionneurs piézoélectriques sans boucle de rétroaction, toutefois ceux-ci présentent une forte hystérésis qui impose de déterminer les tensions utilisées sur une trajectoire donnée, une détermination point à point des valeurs de position du miroir, comme effectuée ci-dessous, n'étant pas possible. The positioning system of the beam deflection mirror consists of two actuators that do not exhibit hysteresis. For example, stepper motor positioning can be used as described in the first embodiment. If the assembly is performed with sufficient care, such a system may have a very low hysteresis. The position of the mirror is then characterized by the number of steps performed by each motor from a central point. It is also possible to use piezoelectric positioners equipped with a feedback loop allowing precise control of their elongation, in which case the number of steps of each motor is replaced by the elongation of each actuator. It is also possible to use piezoelectric positioners without a feedback loop, however these have a high hysteresis which makes it necessary to determine the voltages used on a given trajectory, a point-to-point determination of the position values of the mirror, as performed here. below, not being possible.
La commande des moteurs est définie par deux tableaux tablet tab2 ou tabl[p,i,j] ( resp. tab2[p,i,j]) est le nombre de pas que doit effectuer l'actionneur 1 (resp. 2) pour que le point FE ait les coordonnées (i,j) sur l'image obtenue par la procédure 9. 4. à partir d'un capteur indicé par p, dans un repère dans lequel FO a pour coordonnées (Npix/2, Npix/2). Les actionneurs sont numérotés de sorte que l'actionneur 1 détermine un mouvement selon l'axe i et l'actionneur 2 détermine un mouvement selon l'axe j. The control of the motors is defined by two boards tab2 or tabl [p, i, j] (resp.tab2 [p, i, j]) is the number of steps that the actuator 1 (resp. that the point FE has the coordinates (i, j) on the image obtained by the procedure 9. 4. from a sensor indexed by p, in a coordinate system in which FO has for coordinates (Npix / 2, Npix / 2). The actuators are numbered so that the actuator 1 determines a movement along the axis i and the actuator 2 determines a movement along the axis j.
La détermination des tableaux tabl et tab2 se fait en l'abscence d'objet (lame transparente), par un programme spécifique. Le programme détermine alors, pour chaque point 'objectif, les nombres de pas correspondants de chaque moteur depuis un point origine. La Fig. 77 représente un exemple d'algorithme d'un tel programme. Les étapes principales sont: The determination of tables tabl and tab2 is done in the absence of object (transparent blade), by a specific program. The program then determines, for each objective point, the corresponding number of steps of each motor from an origin point. Fig. 77 represents an example of an algorithm of such a program. The main steps are:
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(5407) : modification de la commande des obturateurs. Lorsque p=0 le faisceau utilisé doit être FEG et lorsque p=1le faisceau utilisé doit être FED. (5407): Changing the shutter control. When p = 0, the beam used must be FEG and when p = 1 the beam used must be FED.
(5401): imax etjmax correspondent aux coordonnées du maximum obtenu par la procédure 9.4. à partir du capteur recevant le point d'impact direct de l'onde d'éclairage. On a alors: imax x=
2 jmax y=2 (5402) : la valeur lim utilisée dépend de la précision des actionneurs. On peut par exemple avoir lim=0,25. (5401): imax etjmax correspond to the coordinates of the maximum obtained by procedure 9.4. from the sensor receiving the point of direct impact of the illumination wave. We then have: imax x =
2 jmax y = 2 (5402): the lim value used depends on the precision of the actuators. For example, we can have lim = 0.25.
(5403) : le déplacement des moteurs vaut, de manière similaire à ce qui était fait en 5.20.:
pasl=(i-x),pas~par~pixel/2 pas2=(i-y).pas~par~pixeII2 La valeur de position courante est modifiée: posl + =pasl pos2+=pas2 pas~~par pixel est le rapport (nombre de pas de déplacement du moteur)/ (nombre pixels de déplacement de FE sur l'image obtenue en 9.4.). Il doit avoir été préalablement déterminé, de manière similaire à ce qui est fait dans le premier mode de réalisation, mais avec les images maintenant calculées selon la procédure 9.4. et non pas obtenues directement sur le CCD. (5403): the displacement of the motors is worth, in a similar way to what was done in 5.20 .:
pasl = (ix), not ~ by ~ pixel / 2 pas2 = (iy) .not ~ by ~ pixeII2 The current position value is modified: posl + = pasl pos2 + = pas2 not ~~ per pixel is the ratio (number of no displacement of the motor) / (number of moving pixels of FE on the image obtained in 9.4.). It must have been previously determined, similar to what is done in the first embodiment, but with the images now calculated according to the procedure 9.4. and not obtained directly on the CCD.
(5404): le déplacement des moteurs est effectué, pour un nombre de pas pasl, pas2 de chaque moteur. (5404): the displacement of the motors is carried out, for a number of pas pas, not 2 of each motor.
(5405): les valeurs courantes des coordonnées en pas moteurs sont enregistrées dans un tableau:
tab 1 [p, i,j]=pos tab2[p,i,j]=pos2 Toutefois, dans le cas - #- 2+ N 2' 2 > R;uv les valeurs affectées sont par exemple des valeurs négatives signalant une erreur, comme tabl [p,i,j]=-10000, tab2[p,i,j]= -10000 (5406) : les moteurs sont déplacés de -posl, -pos2 de manière à retourner au point d'origine, qui doit rester constant pour éviter de fausser la trajectoire. (5405): The current values of the coordinates in motor steps are stored in a table:
tab 1 [p, i, j] = pos tab2 [p, i, j] = pos2 However, in the case - # - 2+ N 2 '2>R; uv the assigned values are for example negative values signaling a error, as tabl [p, i, j] = - 10000, tab2 [p, i, j] = -10000 (5406): the motors are moved from -posl, -pos2 so as to return to the point of origin, which must remain constant to avoid distorting the trajectory.
Pour obtenir une onde d'éclairage sur le capteur p, au point de coordonnées i,j, on déplacera les deux moteurs jusqu'à leurs positions caractérisées respectivement par tab1[p,i,j] et tab2[p,i,j], et on actionnera les obturateurs (5144) et (5207) selon le tableau suivant:
In order to obtain a light wave on the sensor p, at the point of coordinates i, j, the two motors will be moved to their positions characterized respectively by tab1 [p, i, j] and tab2 [p, i, j] , and the shutters (5144) and (5207) will be operated according to the following table:
<tb>
<tb> indice <SEP> p <SEP> position <SEP> de <SEP> (5144) <SEP> position <SEP> de <SEP> (5207)
<tb> 0 <SEP> fermé <SEP> ouvert
<tb> 1 <SEP> ouvert <SEP> fermé
<tb> <Tb>
<tb> index <SEP> p <SEP> position <SEP> of <SEP> (5144) <SEP> position <SEP> of <SEP> (5207)
<tb> 0 <SEP> closed <SEP> open
<tb> 1 <SEP> open <SEP> closed
<Tb>
<Desc/Clms Page number 216> <Desc / Clms Page number 216>
9. 7. Commande des vitres (5165) et (5191)
Chacune de ces vitres est par exemple montée sur un positionneur deux axes en translation commandé par des moteurs pas à pas et permettant de déplacer la vitre dans un plan orthogonal à l'axe optique. Pour chaque position de l'onde d'éclairage, caractérisée par des indices p,i,j, il est nécessaire de positionner la vitre de manière à annuler l'éclairage direct. Ceci est fait en commandant les moteurs pas à pas pour déplacer la vitre jusqu'à une position caractérisée en nombre de pas de chaque moteur par les coordonnées tabv1[p,i,j], tabv2[p,i,j]. 9. 7. Glass control (5165) and (5191)
Each of these panes is for example mounted on a two-axis positioner in translation controlled by stepper motors and for moving the window in a plane orthogonal to the optical axis. For each position of the illumination wave, characterized by indices p, i, j, it is necessary to position the window so as to cancel the direct illumination. This is done by controlling the stepper motors to move the window to a position characterized by the number of steps of each motor by the coordinates tab1 [p, i, j], tab2 [p, i, j].
Préalablement à cette utilisation des vitres, un programme est utilisé pour déterminer les tableaux tabv1[p,i,j], tabv2[p,i,j]. Un exemple d'un tel programme est décrit par la Fig. 77 . Prior to this use of windows, a program is used to determine tabv1 [p, i, j], tabv2 [p, i, j] tables. An example of such a program is described in FIG. 77.
Pour utiliser le programme de la Fig. 77 les faisceaux FS, FSI,FRD et FRG sont nécessaires et l'objet utilisé est une lame transparente. Le filtre (5128) utilisé sur le chemin du faisceau FS est réglé pour que les capteurs soient saturés sur quelques pixels autour des points d'impact des faisceaux FS et FSI. To use the program of FIG. 77 the FS, FSI, FRD and FRG beams are needed and the object used is a transparent slide. The filter (5128) used on the path of the beam FS is set so that the sensors are saturated on a few pixels around the impact points of the beams FS and FSI.
Les étapes principales de ce programme sont : (5107): La position du miroir (5113) est commandée par les tableaux tab1[p, 0, 0], tab2[p, 0, 0]. The main steps of this program are: (5107): The position of the mirror (5113) is controlled by the tables tab1 [p, 0, 0], tab2 [p, 0, 0].
(5401): Une image est obtenue par la procédure décrite en 9. 4. avec transformation de Fourier à partir d'un capteur situé du coté caractérisé par l'indice p. Le module des éléments de cette image est extrait pour obtenir une image en nombre réels sur laquelle le point occulté par le 'point noir' de la vitre apparaît en clair sur fond noir. L'image ainsi obtenue constitue le tableau S de dimensions 2Npix x 2Npix à partir duquel on calcule les coordonnées imax etjmax du maximum, par la procédure décrite en 7.3.3.1. On a alors : x = imax y = jmax (5402): la valeur lim utilisée dépend de la précision du positionneur. On peut par exemple avoir lim=0,25. (5401): An image is obtained by the procedure described in 9. 4. with Fourier transformation from a sensor located on the side characterized by the index p. The module of the elements of this image is extracted to obtain an image in real numbers on which the point obscured by the 'black point' of the glass appears in clear on a black background. The image thus obtained constitutes the table S of dimensions 2Npix x 2Npix from which the coordinates imax and ymax of the maximum are calculated, by the procedure described in 7.3.3.1. We then have: x = imax y = jmax (5402): the value lim used depends on the accuracy of the positioner. For example, we can have lim = 0.25.
(5403): le déplacement des moteurs vaut, de manière similaire à ce qui était fait en 5.20.:
pasl=(i-x).pas~parixell2 pas2=(i-y).pas~par~pixell2 La valeur de position courante est modifiée: posl +=pasl pos2+=pas2 pas-par-pixel est le rapport (nombre de pas de déplacement du moteur)/ (nombre pixels de déplacement du point de coordonnées imax,jmax sur l'image obtenue en 9.4.). Il doit avoir été préalablement déterminé, par exemple en déplaçant la vitre selon une des directions et en mesurant le nombre de pixels de déplacement du point de coordonnées (imax,jmax). (5403): the displacement of the motors is worth, in a similar way to what was done in 5.20 .:
pasl = (ix) .pas ~ parixell2 pas2 = (iy) .pas ~ by ~ pixell2 The current position value is modified: posl + = pasl pos2 + = step2 step-by-pixel is the ratio (number of steps of motor) / (number of pixels of displacement of the point of coordinates imax, jmax on the image obtained in 9.4.). It must have been previously determined, for example by moving the window in one of the directions and measuring the number of moving pixels of the coordinate point (imax, jmax).
(5404) : le déplacement des moteurs est effectué, pour un nombre de pas pasl, pas2 de chaque moteur. (5404): the displacement of the motors is carried out, for a number of pas pas, not 2 of each motor.
(5405): les valeurs courantes des coordonnées en pas moteurs sont enregistrées dans un tableau:
tabv][p,i,jl=posl tabv2[p,i,j] pos2 (5405): The current values of the coordinates in motor steps are stored in a table:
tabv] [p, i, jl = posl tabv2 [p, i, j] pos2
<Desc/Clms Page number 217> <Desc / Clms Page number 217>
Toutefois, dans le cas cri - N;IX) 2 + (j - N r ) 2 > R;uv les valeurs affectées sont par exemple des valeurs négatives signalant une erreur, comme tabJ[p,i,j]=-10000. tab2[p,i,j]= -10000 (5406) : les moteurs sont déplacés de -posl, -pos2 de manière à retourner au point d'origine, qui doit rester constant pour éviter de fausser la trajectoire.
However, in the case C 1 - N; IX) 2 + (j - N r) 2>R; uv the assigned values are, for example, negative values signaling an error, such as tabJ [p, i, j] = - 10000. tab2 [p, i, j] = -10000 (5406): the motors are moved from -posl, -pos2 so as to return to the point of origin, which must remain constant to avoid distorting the trajectory.
9. 8. Obtention de la constante K. 9. 8. Obtaining the constant K.
Le micromètre est introduit comme échantillon. Une image est obtenue en présence des faisceaux FED et FRG par la procédure décrite en 9.4. dans laquelle on n'effectue pas l'étape 3 de transformation de Fourier. Le module des valeurs complexes de cette image est utilisé pour obtenir une image réelle de l'intensité. La position de l'échantillon est ajustée pour que cette image soit correctement focalisée. La distance en pixels Dpix entre deux graduations séparées par une distance réelle Dreel est mesurée. La valeur de la constante K est alors K = nv 2Npix Dreel . The micrometer is introduced as a sample. An image is obtained in the presence of the FED and FRG beams by the procedure described in 9.4. in which the step of Fourier transformation is not performed. The complex value module of this image is used to obtain a true image of the intensity. The position of the sample is adjusted so that this image is correctly focused. The distance in pixels Dpix between two graduations separated by a real distance Dreel is measured. The value of the constant K is then K = nv 2Npix Dreel.
# Dpix
9.9. Obtention d'une représentation fréquentielle bidimensionnelle complète. # Dpix
9.9. Obtain a complete two-dimensional frequency representation.
Dans le troisième mode de réalisation, une représentation fréquentielle bidimensionnelle était obtenue par la procédure décrite en 7.12. Dans le présent mode de réalisation le mode d'obtention de cette représentation doit être modifié. In the third embodiment, a two-dimensional frequency representation was obtained by the procedure described in 7.12. In the present embodiment, the mode of obtaining this representation must be modified.
9. 9.1. Principe
9. 9.1.1. Acquisition. 9. 9.1. Principle
9. 9.1.1. Acquisition.
Lors de l'acquisition, l'indice r désignera l'interrupteur ouvert, selon le tableau suivant:
During the acquisition, the index r will designate the open switch, according to the following table:
<tb>
<tb> indice <SEP> r <SEP> obturateur <SEP> (5109) <SEP> obturateur <SEP> (5104)
<tb> 0 <SEP> ouvert <SEP> fermé
<tb> 1 <SEP> fermé <SEP> ouvert
<tb>
L'indice p désignera le coté droit (p=0) ou gauche (p=l) du microscope ou parvient l'onde d'éclairage directe et par conséquence la position des obturateurs (5144) et (5207), selon le tableau suivant:
<Tb>
<tb> index <SEP> r <SEP> shutter <SEP> (5109) <SEP> shutter <SEP> (5104)
<tb> 0 <SEP> open <SEP> closed
<tb> 1 <SEP> closed <SEP> open
<Tb>
The index p will designate the right (p = 0) or left (p = 1) side of the microscope or will reach the direct illumination wave and consequently the position of the shutters (5144) and (5207), according to the following table :
<tb>
<tb> indice <SEP> p <SEP> obturateur <SEP> (5207) <SEP> obturateur <SEP> (5144) <SEP>
<tb> 0 <SEP> ouvert <SEP> fermé
<tb> 1 <SEP> fermé <SEP> ouvert
<tb> <Tb>
<tb> index <SEP> p <SEP> shutter <SEP> (5207) <SEP> shutter <SEP> (5144) <SEP>
<tb> 0 <SEP> open <SEP> closed
<tb> 1 <SEP> closed <SEP> open
<Tb>
L'indice q désignera le coté du microscope dont proviennent les données acquises, avec q=0 pour des données provenant du coté ou parvient l'onde d'éclairage directe et q=1pour des données provenant du coté opposé. The index q will designate the side of the microscope from which the acquired data originates, with q = 0 for data coming from the side where the direct light wave arrives and q = 1 for data coming from the opposite side.
<Desc/Clms Page number 218> <Desc / Clms Page number 218>
On pose s = pq + pq .s désigne donc le coté du microscope d'ou proviennent les données acquises, avec s=0 pour le coté droit et s-- 1 pour le coté gauche. We put s = pq + pq .s means the side of the microscope from where the acquired data come from, with s = 0 for the right side and s-- 1 for the left side.
On indice par (s,t) les capteurs, de la manière suivante.
The subscript (s, t) is indexed in the following manner.
<tb>
<tb> indice <SEP> s <SEP> 0 <SEP> 1
<tb> indice <SEP> t <SEP> 0 <SEP> 1 <SEP> 0 <SEP> 1
<tb> capteur <SEP> (5174) <SEP> (5171) <SEP> (5198) <SEP> (5201)
<tb>
les données MA[k,p][d,r,t][q,i,j] proviennent du capteur indicé par (p# + pq, t) Pour chaque quintuplet (k,p,q,r,t) on obtient, à partir d' un capteur correspondant, et à partir de trois acquisitions correspondant à des phases différentes de l'onde de référence, une image sous forme d'un tableau bidimensionnel de nombres complexes de dimensions 2 Npix x 2 Npix. <Tb>
<tb> index <SEP> s <SEP> 0 <SEP> 1
<tb> index <SEP> t <SEP> 0 <SEP> 1 <SEP> 0 <SEP> 1
<tb> sensor <SEP> (5174) <SEP> (5171) <SEP> (5198) <SEP> (5201)
<Tb>
the data MA [k, p] [d, r, t] [q, i, j] come from the sensor indexed by (p # + pq, t) For each quintuplet (k, p, q, r, t) we obtains, from a corresponding sensor, and from three acquisitions corresponding to different phases of the reference wave, an image in the form of a two - dimensional array of complex numbers of dimensions 2 Npix x 2 Npix.
9. 9.1.2. Passage en fréquences
L'image ainsi obtenue est en représentation spatiale. On effectue une transformation de Fourier pour obtenir une image en représentation fréquentielle. La représentation ainsi obtenue est centrée autour d'un point FR correspondant au faisceau de référence. Elle doit être translatée et limitée pour obtenir une représentation de dimensions Npix x Npix centrée autour du point FO correspondant au centre optique. 9. 9.1.2. Frequency crossing
The image thus obtained is in spatial representation. Fourier transform is performed to obtain an image in frequency representation. The representation thus obtained is centered around a point FR corresponding to the reference beam. It must be translated and limited to obtain a representation of Npix x Npix dimensions centered around the FO point corresponding to the optical center.
Les Fig.75et 76 représentent les représentations obtenues respectivement, pour un indice p donné, sur les capteurs indicés par q=0 et par q=1. Sur ces figures, le point noté FR est le point central, de
coordonnées (N pzx , N p,x ) , correspondant à la fréquence de l'onde de référence. Le point noté FE correspond à la fréquence de l'onde d'éclairage (q=O) ou de son onde inverse (q=l). Le point noté FO correspond au centre optique du système, c'est-à-dire à la fréquence d'une onde traversant l'objet observé dans le sends de l'axe optique. Les contours (5301) et (5303) délimitent la représentation. Fig.75 and 76 represent the representations respectively obtained, for a given index p, on the sensors indexed by q = 0 and q = 1. In these figures, the point noted FR is the central point,
coordinates (N pzx, N p, x), corresponding to the frequency of the reference wave. The point noted FE corresponds to the frequency of the illumination wave (q = 0) or its inverse wave (q = 1). The point noted FO corresponds to the optical center of the system, that is to say to the frequency of a wave passing through the object observed in the sends of the optical axis. Contours (5301) and (5303) delimit the representation.
Dans le cas q=0, FR et FE sont symétriques par rapport à FO. Dans le cas q=1, FR et FE sont symétriques par rapport à une droite horizontale passant par FO. In the case q = 0, FR and FE are symmetrical with respect to FO. In the case q = 1, FR and FE are symmetrical with respect to a horizontal line passing through FO.
La représentation fréquentielle limitée et centrée est obtenue à partir de ces figures en extrayant la zone de dimensions Npix x Npix centrée autour du point FO, limitée par (5302) ou (5304) sur les figures. The limited and centered frequency representation is obtained from these figures by extracting the area of dimensions Npix x Npix centered around the point FO, limited by (5302) or (5304) in the figures.
9. 9.1.3. Combinaison des différentes polarisations. 9. 9.1.3. Combination of the different polarizations.
On note Dp,s,r,t la valeur complexe mesurée en un point C d'une représentation fréquentielle obtenue à l'issue de la procédure décrite en 9.9.1.2., à partir du capteur indicé par s,r et t quand la direction de l'onde d'éclairage est caractérisée parp. We denote Dp, s, r, t the complex value measured at a point C of a frequency representation obtained at the end of the procedure described in 9.9.1.2., From the sensor indexed by s, r and t when the direction of the lighting wave is characterized parp.
On note #s,r,t le vecteur champ électrique de l'onde de référence sur le capteur caractérisé par les indices s, r et t. We write # s, r, t the electric field vector of the reference wave on the sensor characterized by the indices s, r and t.
Sur la figure 80, les différentes combinaisons des indices s,r,tsont représentées sous forme d'un tableau. Dans chaque case du tableau: In FIG. 80, the different combinations of the indices s, r, ts are represented in tabular form. In each box of the table:
<Desc/Clms Page number 219><Desc / Clms Page number 219>
-l'axe neutre de la lame de phase située devant le capteur concerné est représenté en pointillés. the neutral axis of the phase plate located in front of the sensor in question is shown in dotted lines.
- le vecteur champ électrique de l'onde de référence avant passage de la lame de phase, dirigé selon / ou #, est représenté en traits pleins. the electric field vector of the reference wave before passage of the phase plate, directed along / or #, is represented in solid lines.
- le vecteur champ électrique #s,r,t de l'onde de référence après passage de la lame de phase et réflexion sur le miroir semi-transparent qui le superpose au faisceau venant de l'objet, dirigé selon ~# ou v , est également représenté en traits pleins. Si s=0, ce vecteur se déduit du vecteur champ électrique de l'onde avant passage de la lame par une symétrie dont l'axe est l'axe neutre de la lame. Si s=1, une symétrie additionnelle d'axe vertical doit être effectuée. the vector electric field # s, r, t of the reference wave after passage of the phase plate and reflection on the semi-transparent mirror which superimposes it on the beam coming from the object, directed according to ~ # or v, is also represented in solid lines. If s = 0, this vector is deduced from the vector electric field of the wave before passage of the blade by a symmetry whose axis is the neutral axis of the blade. If s = 1, additional symmetry of vertical axis must be made.
Les valeurs de #s,r,t se déduisent de cette figure. Une formule rassemblant l'ensemble des valeurs
obtenues est, à une constante près: ws,,,r - (-1)STr+s(rr)l 1 + - )
La phase de l'onde de référence diffère entre les capteurs (5171) et (5174). On note [alpha]s le rapport caractéristique du décalage de phase et d'intensité entre les capteurs indicés respectivement par (s, t=0) et (s, t=1). The values of # s, r, t are deduced from this figure. A formula gathering all the values
obtained is, to a constant: ws ,,, r - (-1) STr + s (rr) l 1 + -)
The phase of the reference wave differs between the sensors (5171) and (5174). Note [alpha] s the characteristic ratio of phase shift and intensity between the sensors respectively indexed by (s, t = 0) and (s, t = 1).
L'onde détectée sur un capteur donné constitue une projection de l'onde parvenant à ce capteur sur un axe orienté comme le vecteur champ électrique de l'onde de référence. Le vecteur unitaire orientant cet axe sera noté comme le vecteur champ électrique de l'onde de référence. The wave detected on a given sensor constitutes a projection of the wave reaching this sensor on an oriented axis as the electric field vector of the reference wave. The unit vector orienting this axis will be noted as the electric field vector of the reference wave.
Pour les mesures on utilise: - une onde d'éclairage dirigée selon (-1)' # ou p est l'indice du capteur vers lequel est dirigée l'onde d'éclairage direct. Le facteur (-1)pest dû au fait que la composante horizontale de l'onde d'éclairage, symétrisée par les miroirs qui la dirigent dans deux sens opposés en fonction de l'indice p, est inversée quand la direction de l'onde d'éclairage est elle-même inversée. Pour cette onde d'éclairage, on mesurera
les composantes de l'onde diffractée polarisées selon les axes orientés par v,,O,o et ws,o,l, obtenant respectivement les facteurs Dp,s,o,o et Dp,s,o,\ - une onde d'éclairage dirigée selon j . Pour cette onde d'éclairage, on mesurera les composantes de l'onde diffractée polarisées selon les axes orientés par #s,1,0 et #s,1,1, obtenant respectivement les facteurs
,1,0 et Dp,s,l,1
Lorsque le vecteur champ électrique du faisceau d'éclairage (au point E) est Ao (- 1) p + A1# le vecteur champ électrique résultant au point C, sur le cotés du microscope, est donc:
1 Ar DP,s,r,t (i + ta s)w s,r,t r, t
Lorsque le vecteur champ électrique au point E est A0# + A1# le vecteur champ électrique résultant au point C, sur le cotés du microscope, est donc:
For the measurements we use: - a directed light wave according to (-1) '# where p is the index of the sensor towards which the direct light wave is directed. The factor (-1) is due to the fact that the horizontal component of the illumination wave, symmetrized by the mirrors which direct it in two opposite directions as a function of the index p, is reversed when the direction of the wave lighting is itself reversed. For this light wave, we will measure
the components of the diffracted wave polarized along the axes oriented by v ,, O, o and ws, o, 1, respectively obtaining the factors Dp, s, o, o and Dp, s, o, \ - a wave of directed lighting according to j. For this light wave, we will measure the components of the diffracted wave polarized along the axes oriented by # s, 1.0 and # s, 1.1, respectively obtaining the factors
, 1.0 and Dp, s, l, 1
When the electric field vector of the illumination beam (at point E) is Ao (-1) p + A1 #, the resulting electric field vector at point C, on the side of the microscope, is therefore:
1 Ar DP, s, r, t (i + ta s) ws, r, tr, t
When the electric field vector at point E is A0 # + A1 #, the resulting electric field vector at point C, on the side of the microscope, is:
<Desc/Clms Page number 220> <Desc / Clms Page number 220>
Ce qui correspond à l'expression
La même expression qu'en 7. 12 peut être utilisée à partir de ces valeurs de Cp,s,d,r pour obtenir la grandeur recherchée Mp,s,les indices p,s qui étaient inutile en 7.12. étant rajoutés:
Mp,s = - cosq cos<Co,o -sin e coslpcC p,s,O,1 - cosq sinpcCp,s,,,o - sin9e sinrpcCp,s,l,l
avec :
Which corresponds to the expression
The same expression as in 7. 12 can be used from these values of Cp, s, d, r to obtain the desired quantity Mp, s, the indices p, s which were useless in 7.12. being added:
Mp, s = - cosq cos <Co, o -sin e coslpcC p, s, O, 1 - cosq sinpcCp, s ,,, - sin9e sinrpcCp, s, l, l
with:
Auparavant il est nécessaire de déterminer le coefficient as . Autour du point d'impact de l'onde d'éclairage une valeur comparable est obtenue sur chaque capteur pour un indice r donné. On peut donc
adopter pour ce coefficient la valeur 1 DP,S,r,o Dpz>r>1 ou les sommes sont sur les indices et sur un nombre de points réduit autour du point d'impact direct de l'onde d'éclairage. Previously it is necessary to determine the coefficient as. Around the point of impact of the illumination wave a comparable value is obtained on each sensor for a given index r. So we can
adopt for this coefficient the value 1 DP, S, r, o Dpz>r> 1 where the sums are on the indices and on a reduced number of points around the point of direct impact of the illumination wave.
9. 9.2. Acquisition
Comme dans le troisième mode de réalisation, le point d'impact direct de l'onde d'éclairage parcourt une trajectoire indicée par k et caractérisée par les tableaux Io[k],Jo[k]. 9. 9.2. Acquisition
As in the third embodiment, the point of direct impact of the illumination wave travels a trajectory indexed by k and characterized by the tables Io [k], Jo [k].
<Desc/Clms Page number 221> <Desc / Clms Page number 221>
Comme en 7.12.2.1., l'acquisition des images élémentaires est une itération sur les entiers p et k désignant respectivement le capteur auquel parvient le faisceau d'éclairage direct et le numéro d'ordre de l'image élémentaire dans la série des images correspondant à un indice p donné. As in 7.12.2.1., The acquisition of the elementary images is an iteration on the integers p and k respectively denoting the sensor to which the direct lighting beam arrives and the sequence number of the elementary image in the series of the images. corresponding to a given index p.
Il n'y a pas içi d'atténuation de faisceau. Pour chaque couple (k,p) vérifiant
( Io[k] N 2 2 + (JO[k] - N # V < Rom le programme commande le déplacement du miroir par les
tableaux tabl [p,lo[k],Jo[k]] , tab2[p,Jo[k],Jo[k]] et les obturateurs (5144) et (5207) comme indiquée en 9.6. Il déplace la vitre située du coté opposé au point d'impact direct de l'onde d'éclairage de manière à ce que son point noir soit hors du champ de fréquences utilisée. There is no beam attenuation here. For each couple (k, p) checking
(Io [k] N 2 2 + (OJ [k] - N # V <Rom the program controls the movement of the mirror by
tables tabl [p, lo [k], Jo [k]], tab2 [p, Jo [k], Jo [k]] and the shutters (5144) and (5207) as indicated in 9.6. It moves the window on the opposite side to the point of direct impact of the light wave so that its black point is outside the frequency field used.
Il commande le déplacement de la vitre située du coté ou se trouve le point d'impact direct de
l'onde d'éclairage de la manière indiquée en 9.7., par les tableaux tabv][P,Io[k],Jo[k]] , tabv2[p,lo[k],Jo[k]]. It controls the movement of the window on the side where the point of direct impact of
the illumination wave in the manner indicated in 9.7., by the tables tab] [P, Io [k], Jo [k]], tabv2 [p, lo [k], Jo [k]].
Toutefois, suivant une variante que l'on appellera la variante 2, il n'utilise pas cette vitre et la déplace donc pour que son point noir soit hors du champ de fréquences utilisé. However, according to a variant that will be called variant 2, it does not use this window and moves so that its black point is outside the frequency field used.
Pour augmenter la vitesse, il est nécessaire de limiter au maximum le nombre de changements de l'indice p, qui impliquent une manipulation des obturateurs (5144) et (5207) qui sont plus lents par exemple que (5104) et (5109). Le programme effectue donc une première itération sur k, à p=O, suivie d'une seconde itération sur k, à p= 1. To increase the speed, it is necessary to limit as much as possible the number of changes in the index p, which involve a manipulation of the shutters (5144) and (5207) which are slower for example than (5104) and (5109). The program then performs a first iteration over k, at p = 0, followed by a second iteration over k, at p = 1.
A chaque valeur de (k,p) le programme effectue l'acquisition de 12 couples d'images élémentaires. At each value of (k, p) the program acquires 12 pairs of elementary images.
Un couple d'images élémentaires est comme en 7.12.2.1. un tableau indicé -d'une part par l'indice q avec q=0 si l'image est détectée du même coté que le point d'impact direct de l'onde de référence, et q=1si elle est détectée du coté opposé. A couple of elementary images is as in 7.12.2.1. a table indexed on the one hand by the index q with q = 0 if the image is detected on the same side as the point of direct impact of the reference wave, and q = 1 if it is detected on the opposite side .
-d'autre part par les indices i et/ caractérisant la position du pixel sur le capteur concerné. on the other hand by the indices i and / characterizing the position of the pixel on the sensor concerned.
Les indices p,q,r,tsont définis comme indiqué en 9.9.1.1. L'indice d détermine le déphasage de l'onde de référence et est défini par le tableau suivant:
L'acquisition d'une série d'images correspondant aux indices k,p,q,d,r,tgénère ainsi la série des
couples d'images élémentaires MA[k,p][d,r,t][q,i j] The indices p, q, r, ts are defined as indicated in 9.9.1.1. The index d determines the phase shift of the reference wave and is defined by the following table:
The acquisition of a series of images corresponding to the indices k, p, q, d, r, thus generates the series of
elementary image pairs MA [k, p] [d, r, t] [q, ij]
<Desc/Clms Page number 222><Desc / Clms Page number 222>
Le programme effectue en plus l'acquisition d'une série d'images correspondant à l'image de
référence. Il déplace les moteurs jusqu'aux positions posl[p, i,. , j, pos2[p, ir , jr] ou (i r,j r) sont normalement, les coordonnées (io, jo) du point fixe occulté par les diaphragmes, déterminées dans l'étape 38 de la procédure de réglage 9. 5. Toutefois, si la variante 2 est utilisée, (ir,jr) sont les coordonnées d'un autre point fixe, fortement excentré mais non occulté. Le programme effectue alors l'acquisition d'une série
de 6 couples d'images élémentaires, obtenant un tableau MA2 [kpl [dr, t] [q, ijl
Toutefois, selon une variante, que l'on appellera la variante 1, le programme n'effectue pas l'acquisition de cette image de référence. The program additionally performs the acquisition of a series of images corresponding to the image of
reference. It moves the motors to posl [p, i ,. , j, pos2 [p, ir, jr] or (ir, jr) are normally the coordinates (io, jo) of the fixed point obscured by the diaphragms determined in step 38 of the adjustment procedure 9. 5. However, if variant 2 is used, (ir, jr) are the coordinates of another fixed point, strongly eccentric but not obscured. The program then acquires a series
of 6 pairs of elementary images, obtaining an array MA2 [kpl [dr, t] [q, ijl
However, according to a variant, which will be called variant 1, the program does not perform the acquisition of this reference image.
9. 9.3. Calculs. 9. 9.3. Calculations.
Le calcul de la représentation fréquentielle bidimensionnelle, de l'image de référence, et des tableaux caractéristiques du bruit sur ces deux images est effectué par les étapes 1 à 8 suivantes: Etape 1- Calcul des représentation spatiales bidimensionnelles. The computation of the two-dimensional frequency representation, of the reference image, and the characteristic tables of the noise on these two images is carried out by the following steps 1 to 8: Step 1-Calculation of the two-dimensional spatial representations.
Le programme effectue sur l'ensemble des données obtenues:
Etape 2- Passage en représentation fréquentielle. The program performs on all the data obtained:
Step 2- Passage in frequency representation.
Les indices i et varient de 0 à 2 Npix -1. Le programme effectue la transformée de Fourier suivant ces deux indices de chacune des représentations spatiales précédemment obtenues. Ceci mène aux représentations transformées :
Mk pY t9 l j Etape 3: compensation de la réponse fréquentielle des capteurs. The indices i and vary from 0 to 2 Npix -1. The program performs the Fourier transform according to these two indices of each of the spatial representations previously obtained. This leads to transformed representations:
Mk pY t9 lj Step 3: compensation of the frequency response of the sensors.
Cette compensation n'est pas indispensable mais elle améliore sensiblement la précision du microscope. This compensation is not essential but it significantly improves the accuracy of the microscope.
Le programme calcule le tableau MD:
Le tableau RI représente la réponse fréquentielle inversée des capteurs. Il est déterminé en 9.11. Toutefois, selon une variante que l'on appellera variante 3, utilisée pour certains réglages, le tableau RI est mis à 1. The program calculates the MD array:
Table RI represents the inverse frequency response of the sensors. It is determined in 9.11. However, according to a variant that will be called variant 3, used for certain settings, the RI array is set to 1.
Etape 4-Translation et limitation de la représentation fréquentielle bidimensionnelle. Step 4-Translation and limitation of the two-dimensional frequency representation.
<Desc/Clms Page number 223> <Desc / Clms Page number 223>
La position du point FO indiqué en 9.9.1.2. est stockée sous la forme des tableaux Io[k] Jo[k]. Les considérations indiquées en 9.9.1.2. se traduisent alors par les opérations suivantes, effectuées par le programme :
ou i et j varient maintenant de 0 à Npix -1. The position of the FO point indicated in 9.9.1.2. is stored as tables Io [k] Jo [k]. The considerations in 9.9.1.2. then result in the following operations performed by the program:
where i and j now vary from 0 to Npix -1.
Etape 5: Calcul des coefficients [alpha]s. Step 5: Calculation of the [alpha] coefficients.
Un coefficient [alpha]s est déterminé pour chaque triplet (k,p,q). Il est stocké dans un tableau de complexes
alphak, p, q . Le programme parcourt l'ensemble des triplet (k,p,q). Pour chaque triplet - il initialise à 0 les nombres nom et denom. A coefficient [alpha] s is determined for each triplet (k, p, q). It is stored in an array of complexes
alphak, p, q. The program traverses the set of triplets (k, p, q). For each triplet - it initializes to 0 the numbers name and denomination.
- il parcourt l'ensemble des triplets r,i,j en testant la condition:
(i -lok)Z + -.Iok) < lrm2 avec par exemple lim=20. it traverses the set of triplets r, i, j by testing the condition:
(i-lok) Z + -.Iok) <lrm2 with for example lim = 20.
Lorsque la condition est vraie il effectue:
- Lorsque la boucle sur r,i,j est terminée il effectue: nom
alphak, p,q nom denom Etape 6- Combinaison des valeurs correspondant aux indices r et t
Cette étape a pour objet de calculer Mk, p,q i, j en fonction de ME[k, pr, tq, i, j . Ceci peut être réalisé très simplement en effectuant l'opération suivante: Mk, p,q !/\ Y] = ME[k, p][l,l][<7, /, y] , la valeur affectée au bruit étant alors constante et l'étape 5 étant rendue inutile. Si cette méthode doit être utilisée, il est cependant préférable de supprimer les lames de phase (5111) (5238) (5239) (5248) (5249). When the condition is true it performs:
- When the loop on r, i, j is complete it performs: name
alphak, p, q noun Step 6- Combination of the values corresponding to the indices r and t
This step aims to calculate Mk, p, qi, j according to ME [k, pr, tq, i, j. This can be done very simply by performing the following operation: Mk, p, q! / \ Y] = ME [k, p] [l, l] [<7, /, y], the value assigned to the noise being then constant and step 5 is rendered useless. If this method is to be used, it is however preferable to delete the phase slides (5111) (5238) (5239) (5248) (5249).
Dans tous les cas, cette méthode, semblable à celle utilisée dans le second mode de réalisation, induit des imperfections dans les fréquences élevées. Il est donc préférable d'utiliser la méthode dont le
principe a été indiqué en 9.9.1.3., la quantité ME[k, p][r, t][q, i, jl étant la valeur mesurée notée Dp,s,r,t en 9. 9.1.3. L'étape 6 est alors effectuée comme suit:
Pour chaque valeur des indices k,p,q,i,j le programme calcule: In all cases, this method, similar to that used in the second embodiment, induces imperfections in high frequencies. It is therefore preferable to use the method whose
The principle has been given in 9.9.1.3., the quantity ME [k, p] [r, t] [q, i, jl being the measured value denoted Dp, s, r, t in 9. 9.1.3. Step 6 is then performed as follows:
For each value of the indices k, p, q, i, j the program calculates:
<Desc/Clms Page number 224> <Desc / Clms Page number 224>
Les valeurs de sinpc COSq1c sinpe cos o, sont déterminées selon les tableaux d'affectation suivants:
The values of sinpc COSq1c sinpe cos o, are determined according to the following allocation tables:
<tb>
<tb> Mce <SEP> autre <SEP> ~~~~~~~
<tb> <Tb>
<tb> Mce <SEP> other <SEP> ~~~~~~~
<Tb>
Mc autre COSq1e 1 Me Ye Mc 2 Mc \e ' / y# - xcycvxz + xcvxy) M2cMcey sin<D,. 0 / y ,Y2r/ i v i/ sinq1e Me xe / 1 Me -xcYcvyz +xcvxz +Ycvxyl
Mc other COSq1e 1 Me Ye Mc 2 Mc \ e '/ y # - xcycvxz + xcvxy) M2cMcey sin <D ,. 0 / y, Y2r / ivi / sinq1e Me xe / 1 Me -xcYcvyz + xcvxz + Ycvxyl
<tb>
<tb> Me <SEP> Mc2Mce
<tb> Mce <SEP> 0 <SEP> autre
<tb> Me <SEP> 0 <SEP> autre
<tb> <Tb>
<tb> Me <SEP> Mc2Mce
<tb> Mce <SEP> 0 <SEP> other
<tb> Me <SEP> 0 <SEP> other
<Tb>
cos '1 - Mc Ye ~ Me 2 1 Mce (yeVJ'z -xeYexz 'xevxyl sino,, 0 Xç~ J~LXeyeV 4-yv +v sinq1e ## -#####)'-<'e''±'''exz'e e ce puis les coefficients sont calculés:
cos '1 - Mc Ye ~ Me 2 1 Mce (yeVJ'z -xeYexz' xevxyl sino ,, 0 Xc ~ J ~ LXeyeV 4-yv + v sinq1e ## - #####) '- <' e '' ± '''exz'e e then the coefficients are calculated:
<Desc/Clms Page number 225> <Desc / Clms Page number 225>
Ces coefficients ne dépendent pas du résultat des prises d'images et dans le cas ou on répète toujours la même série ils peuvent être stockés dans un tableau plutôt que recalculés à chaque fois. Le programme utilise ensuite ces valeurs pour combiner les images obtenues avec les différentes positions des rotateurs de la manière suivante:
These coefficients do not depend on the result of the taking of images and in the case where one repeats always the same series they can be stored in a table rather than recalculated each time. The program then uses these values to combine the images obtained with the different rotator positions as follows:
coef[k, p, q, i, jr, t correspond à la quantité notée Epsrt en 9.9.1.3. avec s = pq + pq .
coef [k, p, q, i, jr, t corresponds to the quantity noted Epsrt in 9.9.1.3. with s = pq + pq.
ME[k, pr, t][q,i,j] correspond à la quantité notée Dp., r en 9.9.1.3. ME [k, pr, t] [q, i, j] corresponds to the quantity denoted Dp., R in 9.9.1.3.
Mk,p,q , j correspond à la quantité notée Mp,s en 9.9.1.3. Etape 7 : L'amplitude de bruit est calculée comme suit:
- sinon: Bk,p,0[i, j] = MAX ou MAX est une valeur élevée, par exemple 1010 Bk,p,1[l,j] vaut:
Etape 8-Calcul de l'image de référence. Mk, p, q, j corresponds to the quantity noted Mp, s in 9.9.1.3. Step 7: The noise amplitude is calculated as follows:
otherwise: Bk, p, 0 [i, j] = MAX or MAX is a high value, for example 1010 Bk, p, 1 [l, j] is:
Step 8-Calculation of the reference image.
L'image de référence est calculée, exactement de la même manière que l'image principale, mais en utilisant le tableau MA2 au lieu du tableau MA et en remplaçant les valeurs lo[k],Jo[k] par (ir,jr). On
notera Hk,P,9i, j] le tableau ainsi généré et BH k,p,q[i, j] l'amplitude de bruit correspondante. Toutefois, dans le cas de la variante 1, cette image de référence n'est pas calculée. The reference image is calculated in exactly the same way as the main image, but using the MA2 array instead of the MA array and replacing the lo [k], Jo [k] values by (ir, jr) . We
note Hk, P, 9i, j] the table thus generated and BH k, p, q [i, j] the corresponding noise amplitude. However, in the case of variant 1, this reference image is not calculated.
9. 10. Réglage fin de la position des capteurs. 9. 10. Fine adjustment of the position of the sensors.
Cette opération a pour but d'assurer un réglage précis l'un par rapport à l'autre des deux capteurs correspondant au même coté du microscope, en particulier dans la direction de l'axe optique. En l'abscence d'un tel réglage, le point d'origine des représentations fréquentielles générées à partir de chaque capteur peut différer légèrement, ce qui compromet par la suite la bonne superposition des portions des représentations fréquentielles issues de chaque côté du microscope. Le fait de ne pas effectuer ce réglage n'empêche pas la génération de représentations tridimensionnelles de l'échantillon mais limite la précision de ces représentations. This operation is intended to ensure a precise adjustment with respect to each other of the two sensors corresponding to the same side of the microscope, in particular in the direction of the optical axis. In the absence of such a setting, the origin point of the frequency representations generated from each sensor may differ slightly, which subsequently compromises the good superposition of the portions of the frequency representations from each side of the microscope. The fact of not making this adjustment does not prevent the generation of three-dimensional representations of the sample but limits the precision of these representations.
<Desc/Clms Page number 226> <Desc / Clms Page number 226>
Un déplacement en translation d'un capteur entraîne une modulation dans le domaine fréquentiel et donc un déphasage des valeurs des ondes planes obtenues à partir de ce capteur. Le réglage consiste à vérifier que les ondes planes reçues sur chaque capteur pour diverses directions du faisceau d'éclairage sont en phase. A displacement in translation of a sensor causes a modulation in the frequency domain and therefore a phase shift of the values of the plane waves obtained from this sensor. The adjustment consists of checking that the plane waves received on each sensor for various directions of the illumination beam are in phase.
On indice les capteurs par les indices s, t avec la même convention qu'en 9.9.1.3. Le programme
initialise à 0 les tableaux MFs,t de dimensions N p/X x N p, . Il effectue une boucle sur les indices s, i et j. The indices are indexed by the indices s, t with the same convention as in 9.9.1.3. The program
initializes to 0 the tables MFs, t of dimensions N p / X x N p,. It makes a loop on the indices s, i and j.
Pour chaque triplet s, i j vérifiant < - N 2 J 1z + C j - N 2' 1z J <~ R 2 il effectue les opérations suivantes: - il actionne les obturateurs de manière à utiliser le faisceau FEG pour s=0 et le faisceau FED pour s=1. For each triplet s, ij satisfying <- N 2 J 1z + C j - N 2 '1z J <~ R 2 it performs the following operations: - it actuates the shutters so as to use the beam FEG for s = 0 and the EDF beam for s = 1.
- il déplace le miroir au point corresponant à tab 1[ s, i, j] , tab2s,i, j - il génère à partir de chaque capteur indicé par s une image bidimensionnelle suivant la méthode décrite en 9. 4., obtenant donc deux images MHs,t [k, l] ou les indices s ett ont été ajoutés pour caractériser le capteur, avec la même convention qu'en 9.9. it moves the mirror to the point corresponding to tab 1 [s, i, j], tab 2s, i, j - it generates from each sensor indexed by s a two-dimensional image according to the method described in 9. 4., thus obtaining two images MHs, t [k, l] or indices s ett were added to characterize the sensor, with the same convention as in 9.9.
- Il déplace le miroir vers un point fixe de coordonnées (ir,jr) - il génère à partir de chaque capteur indicé par s une image bidimensionnelle suivant la méthode décrite en 9. 4., obtenant deux images MHRs,t [k,l] .
- It moves the mirror to a fixed point of coordinates (ir, jr) - it generates from each sensor indexed by s a two-dimensional image according to the method described in 9. 4., obtaining two images MHRs, t [k, l ].
Il effectue pour le couple d'entiers (ii): r j - MHs, 2i,2 j Il effectue pour couple d'entiers (i,j): MFS t [i, j\ MHf2s,t [2i,2j] Après avoir terminé cette boucle sur s,i,j, le programme calcule les écarts suivants:
It performs for the pair of integers (ii): rj - MHs, 2i, 2 j It performs for couple of integers (i, j): MFS t [i, j \ MHf2s, t [2i, 2j] After completed this loop on s, i, j, the program calculates the following deviations:
La position en translation du capteur (5171) doit être ajustée de manière à minimiser #0 et la position du capteur (5201) doit être ajustée de manière à minimiser #1. Le programme doit donc boucler sur le calcul de ces écarts jusqu'à ce que le réglage soit terminé. #s représente l'écart quadratique moyen dû aux erreurs de phase entre les fréquences reçues sur les deux capteurs se trouvant d'un même coté du microscope. The translational position of the sensor (5171) should be adjusted to minimize # 0 and the position of the sensor (5201) should be adjusted to minimize # 1. The program must therefore loop on the calculation of these deviations until the adjustment is completed. #s represents the mean square deviation due to phase errors between the frequencies received on the two sensors located on the same side of the microscope.
9. 11. Détermination de la réponse fréquentielle des capteurs
Les capteurs effectuent un filtrage des fréquences spatiales qui leur parviennent. Ce filtrage est dans le meilleur des cas équivalent à un moyennage sur la surface du pixel, toutefois en général il est plus important du fait des défauts des CCD et des caméras. Dans les modes de réalisation basés sur une réception dans un plan de fréquence, ce filtrage induit simplement un assombrissement de la partie de l'image générée qui est éloignée du centre. Dans ce mode de réalisation, ce filtrage est effectué dans le plan d'espace et pose des problèmes plus importants. Il est préférable d'utiliser des caméras de bonne qualité et de compenser ce filtrage. Ce filtrage en plan d'espace équivaut à une multiplication en fréquence par un tableau RF dont l'inverse RI est utilisé dans la procédure 9. 9. pour effectuer la compensation. Pour limiter le 9. 11. Determination of the frequency response of the sensors
The sensors perform a filtering of the spatial frequencies that reach them. This filtering is in the best case equivalent to an averaging on the surface of the pixel, however in general it is more important because of the defects of the CCDs and the cameras. In embodiments based on reception in a frequency plane, this filtering simply induces a darkening of the portion of the generated image that is remote from the center. In this embodiment, this filtering is performed in the space plane and poses more important problems. It is better to use good quality cameras and compensate for this filtering. This space plane filtering is equivalent to a frequency multiplication by an RF array whose inverse RI is used in procedure 9. 9. to perform the compensation. To limit the
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bruit sur la réponse fréquentielle, celle-ci est acquise à l'aide d'ondes planes plutôt qu'à partir d'une seule onde sphérique. noise on the frequency response, it is acquired using plane waves rather than from a single spherical wave.
9. 11.1. Acquisition
On utilise des tableaux Io et Jo caractérisant une trajectoire parcourant l'ensemble des points accessibles, c'est-à-dire que (Io[k], Jo[k]) doit parcourir l'ensemble des points tels que
7o[j - N 2 l2 J +CJok- N;/X r 5, R;uv ou Rouv est le rayon limité par l'ouverture des objectifs, qui a été obtenu à l'étape 37 de la procédure de réglage 9. 5. Cette trajectoire sera nommée par la suite trajectoire complète . 9. 11.1. Acquisition
We use tables Io and Jo characterizing a trajectory traversing the set of accessible points, that is to say that (Io [k], Jo [k]) must traverse all the points such as
Wherein R is the radius limited by the aperture of the lenses, which was obtained in step 37 of the tuning procedure 9. 5. This trajectory will be named after the complete trajectory.
Un programme effectue l'acquisition définie par ces tableaux, selon la procédure décrite en 9.9. avec les variantes 2 et 3, c'est-à-dire sans utiliser les vitres (5165) (5191) et avec un point de coordonnées
(injr) non occulté. Il génère ainsi les séries d'images Mk.p.q[i,J] et Hk, p,q i, j . L'indice no n'étant pas connu, il est pris égal à nv dans la procédure 9.9. Toutefois, lors de cette acquisition, il suffit d'enregistrer les valeurs M., p,9 lok, .Iok et Hk.p,q [1,. y, j. 9.11.2. calcul
Le programme initialise à 0 le tableau RFl de dimensions N plX x NFIX - Il parcourt alors la série des indices k. Pour chaque indice k il effectue :
ou ir,jr sont les coordonnées du maximum de l'image de référence, comme définies en 9.9. A program performs the acquisition defined by these tables, according to the procedure described in 9.9. with variants 2 and 3, that is without using the windows (5165) (5191) and with a coordinate point
(injr) not occulted. It thus generates the series of images Mk.pq [i, J] and Hk, p, qi, j. Since the index no is not known, it is taken equal to nv in procedure 9.9. However, during this acquisition, it is sufficient to record the values M., p, 9 lok, .Iok and Hk.p, q [1 ,. y, j. 9.11.2. calculation
The program initializes to 0 the RFl array of dimensions N plX x NFIX - It then goes through the series of indices k. For each index k it performs:
where ir, jr are the coordinates of the maximum of the reference image, as defined in 9.9.
Il effectue alors la transformée de Fourier bidimensionnelle inverse du tableau RF1, obtenant un tableau RF2. Il complète ce tableau par des zéros en initialisant à 0 le tableau RF3 de dimensions 2Npix
x2Npix puis en effectuant pour i et j variant de 0 à N pix - 1 :
It then performs the inverse two-dimensional Fourier transform of array RF1, obtaining an array RF2. It completes this array with zeros by initializing the array RF3 of size 2Npix to 0
x2Npix then doing for i and j varying from 0 to N pix - 1:
Il effectue alors la transformée de Fourier bidimensionnelle inverse du tableau RF3, obtenant le tableau RF correspondant à la réponse fréquentielle des capteurs. It then performs the inverse two-dimensional Fourier transform of the RF3 array, obtaining the RF array corresponding to the frequency response of the sensors.
Le programme calcule alors la réponse fréquentielle inversée des capteurs de la manière suivante:
-sinon : RI[i,j] = 0
Le tableau RI ainsi déterminé est en particulier utilisé en 9.9. The program then calculates the inverse frequency response of the sensors as follows:
-Not: RI [i, j] = 0
The table RI thus determined is used in particular in 9.9.
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9. 12. Détermination des coordonnées relatives des points d'origine des images obtenues de chaque coté du microscope. 9. 12. Determination of the relative coordinates of the points of origin of the images obtained on each side of the microscope.
Les images en fréquence obtenues de chaque coté du microscope par la procédure 9. 9. sont équivalentes aux images en fréquence qui étaient obtenues dans les modes de réalisation précédents. Elles sont, de la même manière, relatives à un point d'origine, qui ne dépend plus du point origine de l'onde de référence, mais de la position du capteur. Pour pouvoir superposer ces représentations il est nécessaire de connaître la position relative des points d'origine des représentations obtenues de chaque coté du microscope. The frequency images obtained on each side of the microscope by the procedure 9. 9. are equivalent to the frequency images that were obtained in the previous embodiments. They are, in the same way, relative to a point of origin, which no longer depends on the origin point of the reference wave, but on the position of the sensor. To be able to superimpose these representations it is necessary to know the relative position of the points of origin of the representations obtained on each side of the microscope.
Ceci est réalisé en utilisant les ondes sphériques FS et FSI. L'onde sphérique FS ou FSI reçue de chaque coté du microscope doit en principe être ponctuelle et centrée sur chaque surface de réception. La position des objectifs peut donc être réglée en présence des faisceaux FS, FSI, FRG,FRD pour que l'image, obtenue sur chaque capteur par la procédure 9. 4. utilisée sans transformation de Fourier, soit parfaitement ponctuelle et centrée. Si ce réglage de position des objectifs est effectué avec le plus grand soin et avec des positionneurs suffisamment précis, de précision sub-micrométrique, par exemple des dispositifs de focalisation de microscope d'une qualité suffisante, ou des positionneurs avec contrôle piézoélectrique, alors les points d'origine des images obtenues de chaque coté du microscope sont confondus. This is achieved by using FS and FSI spherical waves. The spherical wave FS or FSI received on each side of the microscope must in principle be punctual and centered on each receiving surface. The position of the objectives can therefore be adjusted in the presence of the beams FS, FSI, FRG, FRD so that the image obtained on each sensor by the procedure 9. 4. used without Fourier transform, is perfectly punctual and centered. If this position adjustment of the lenses is carried out with the utmost care and with sufficiently precise positioners, of sub-micrometric precision, for example microscope focusing devices of sufficient quality, or positioners with piezoelectric control, then the points of origin of the images obtained from each side of the microscope are confused.
La procédure de réglage décrite en 9.5. permet cependant d'obtenir cette qualité de réglage en utilisant des positionneurs de précision moyenne pour les objectifs. En effet, les réglages fins sont effectués. dans cette procédure, par déplacement des caméras et non des objectifs. Si la procédure de réglage décrite en 9. 5. est effectuée avec soin, les points d'origine des représentations fréquentielles finalement obtenues sont confondus. Leurs coordonnées relatives sont donc (x,y,z)=(0,0,0). The adjustment procedure described in 9.5. However, this quality of adjustment can be achieved by using medium precision positioners for lenses. Indeed, fine adjustments are made. in this procedure, by moving cameras and not lenses. If the adjustment procedure described in 9. 5. is carried out carefully, the origin points of the finally obtained frequency representations are merged. Their relative coordinates are (x, y, z) = (0,0,0).
Cependant, les réglages obtenus par la procédure 9. 5. ou par un nouveau réglage de position des objectifs sont en général imparfaits. En particulier ils peuvent être influencés par des imperfections locales des capteurs. Il est possible d'utiliser (x,y,z)=(0,0,0) mais une meilleure superposition des images provenant de chaque capteur sera obtenue si un algorithme adapté est utilisé pour calculer une valeur plus précise de ces paramètres. Une détermination précise des positions relatives des points d'origine peut être obtenue par une méthode similaire à celle utilisée en 7.9.1. Cependant : -L'image du faisceau FS ou FSI dans le plan de réception est ponctuelle et non répartie sur l'ensemble de la surface de réception comme en 7.9.1. Les conséquences sont que l'image obtenue est sensible à des défauts locaux des capteurs et qu'elle est fortement bruitée. However, the settings obtained by the 9. 5. procedure or by a new position setting of the lenses are generally imperfect. In particular, they can be influenced by local imperfections of the sensors. It is possible to use (x, y, z) = (0,0,0) but a better superposition of the images coming from each sensor will be obtained if a suitable algorithm is used to calculate a more precise value of these parameters. An accurate determination of the relative positions of the points of origin can be obtained by a method similar to that used in 7.9.1. However: - The image of the FS or FSI beam in the reception plane is punctual and not distributed over the entire receiving surface as in 7.9.1. The consequences are that the image obtained is sensitive to local defects of the sensors and that it is strongly noisy.
- Le point de focalisation de FS ou FSI ne correspond pas au point caractéristique (avec la terminologie utilisée en 3.16.) de l'un des objectifs, alors qu'en 7.9.1. le point de focalisation du faisceau de référence correspondait au point caractéristique d'un objectif correspondant. - The focal point of FS or FSI does not correspond to the characteristic point (with the terminology used in 3.16.) Of one of the objectives, whereas in 7.9.1. the focal point of the reference beam corresponded to the characteristic point of a corresponding objective.
La méthode utilisée est donc modifiée pour pallier, dans la mesure du possible, à ces inconvénients. The method used is therefore modified to overcome, as far as possible, these disadvantages.
Les faisceaux utilisés sont FS, FSI,FRD,FRG et l'objet utilisé est une lame transparente. La méthode utilisée se décompose en deux phases: The beams used are FS, FSI, FRD, FRG and the object used is a transparent blade. The method used breaks down into two phases:
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Phase d'acquisition: Elle consiste en une itération sur les indices k,l parcourant l'ensemble EO des points
Acquisition phase: It consists of an iteration on the indices k, l traversing the set EO of the points
dimensions N pix x N p,x est initialisé à 0 puis le programme effectue, pour chaque couple (k, P de l'ensemble EO , les étapes 1 à 7 suivantes: étape 1: positionnement du miroir de déviation du faisceau au point déterminé par tabl[O, k, l], tab2[0, k, l] étape 2: Une image est acquise de chaque coté du microscope selon la procédure décrite en 9.4. sans
effectuer la transformée de Fourier. On notera ces images MO, [/, y] au lieu de MH[i, j , l'indice s caractérisant le capteur avec s=0 pour (5174) et 5=1 pour (5198). étape 3 : le programme détermine les coordonnées imaxs,jmaxs de la valeur maximale de chaque tableau
M0j,y]. Il calcule alors les tableaux MIs[i,j] avec:
dimensions N pix x N p, x is initialized to 0 then the program carries out, for each pair (k, P of the set EO, the following steps 1 to 7: step 1: positioning of the deflection mirror of the beam at the determined point by tabl [O, k, l], tab2 [0, k, l] step 2: An image is acquired on each side of the microscope according to the procedure described in 9.4.
perform the Fourier transform. Note these images MO, [/, y] instead of MH [i, j, the index s characterizing the sensor with s = 0 for (5174) and 5 = 1 for (5198). step 3: the program determines the coordinates imaxs, jmaxs of the maximum value of each array
M0j, y]. It then calculates the tables MIs [i, j] with:
ou Rmv est déterminé pour que le disque de rayon Rmv centré sur imax s' jmax contienne tous les points dont les valeurs hors bruit sont supérieures au niveau de bruit, tout en étant aussi réduit que possible. En pratique, Rniv peut être déterminé empiriquement et valoir une dizaine de pixels. étape 4: le programme effectue la transformée de Fourier bidimensionnelle de chaque tableau Mls [l, j], obtenant les tableaux M2s[i,j]. étape 4 : programme applique le filtre RI aux tableaux ainsi obtenus:
M3Si>J=M2slJlj étape 5: Le programme calcule le tableau M4 de dimensions Npix x Npix de la manière suivante:
-sinon, M4[i,j] = 0 Le tableau M4 représente le décalage de phase entre les deux capteurs dû à la non-coïncidence des points d'origine, partiellement débruité. étape 6 : le programme effectue la transformée de Fourier inverse du tableau M4, obtenant un tableau M5. étape 7 : le programme modifie le tableau M6 de la manière suivante:
Phase de calcul: Le programme calcule le tableau M7 qui est la tranformée de Fourier du tableau M6. Le programme calcule les coordonnées x,y,zobtenues par la procédure décrite en 7. 8. à partir du tableau M7,
or Rmv is determined so that the disk of radius Rmv centered on imax s' jmax contains all the points whose noise-free values are higher than the noise level, while being as small as possible. In practice, Rniv can be determined empirically and worth ten pixels. step 4: the program performs the two-dimensional Fourier transform of each array Mls [l, j], obtaining the arrays M2s [i, j]. step 4: program applies the IN filter to the tables thus obtained:
M3Si> J = M2slJlj step 5: The program calculates the array M4 of dimensions Npix x Npix as follows:
[0101] M4 [i, j] = 0 Table M4 represents the phase shift between the two sensors due to the non-coincidence of the points of origin, partially denoised. step 6: the program performs the inverse Fourier transform of array M4, obtaining an array M5. Step 7: The program modifies the M6 array as follows:
Calculation phase: The program calculates the array M7 which is the Fourier transform of the array M6. The program calculates the x, y, z coordinates obtained by the procedure described in 7. 8. from Table M7,
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qui remplace le tableau noté Frec en 7. 8. Toutefois, pour cette étape, la procédure décrite en 7. 8. doit être modifiée comme indiquée en 7.9.1. pour tenir compte du fait que l'indice de l'objet est connu. Elle doit également être modifiée d'une seconde manière pour tenir compte du fait que le mode d'acquisition est différent et que l'écart-type #2 doit être calculé dans le domaine spatial et non dans le domaine fréquentiel comme en 7.8.1. Cette seconde modification consiste à remplacer les étapes (3512) à (3514) de la Fig.50 par les étapes suivantes, qui sont effectuées en représentation spatiale et ou c'est donc le tableau M6 (et non M7) qui est utilisé: étape 1 : le programme détermine les coordonnées (imax jmax) du point correspondant à la valeur
M6 [imax,jmax]
maximale de I M6i, jl . Il calcule alors rapport = M6jimax, jmax
Fd [imax,jmax] étape 2 : le programme calcule la grandeur caractéristique max:
ou la somme est sur l'ensemble des couples (i,j) inclus dans le disque de centre (imax,jmax) et de rayon
Rniv
2
9.13.Détermination des phases des faisceaux
Cette procédure est similaire à la procédure 7. 9.2. La position des objectifs est celle qui a été utilisée en 9.12. pour obtenir les coordonnées x,y,z et ne doit pas être modifiée au cours de la présente procédure. which replaces the table marked Frec in 7. 8. However, for this step, the procedure described in 7. 8. must be modified as indicated in 7.9.1. to account for the fact that the index of the object is known. It must also be modified in a second way to take into account that the acquisition mode is different and that the standard deviation # 2 must be calculated in the spatial domain and not in the frequency domain as in 7.8.1. . This second modification consists in replacing the steps (3512) to (3514) of FIG. 50 by the following steps, which are performed in spatial representation and where M6 (and not M7) is used: step 1: the program determines the coordinates (imax jmax) of the point corresponding to the value
M6 [imax, jmax]
maximum of I M6i, jl. It then calculates ratio = M6jimax, jmax
Fd [imax, jmax] step 2: the program calculates the max characteristic value:
where the sum is on all couples (i, j) included in the center (imax, jmax) and radius disc
Rniv
2
9.13.Determination of the phases of the beams
This procedure is similar to procedure 7. 9.2. The position of the objectives is the one used in 9.12. to obtain the x, y, z coordinates and must not be modified during this procedure.
On utilise les tableaux Io et Jo déjà utilisés en 9.11 .et caractérisant une trajectoire complète. We use the tables Io and Jo already used in 9.11 and characterizing a complete trajectory.
Un programme effectue l'acquisition définie par ces tableaux, selon la procédure décrite en 9.9. avec les variantes 2 et 3, c'est-à-dire sans utiliser les vitres (5165) (5191), avec un point de coordonnées (ir,jr) non occulté, et sans compensation du filtrage des capteurs. Il génère ainsi les séries d'images
Mk,p,q i, j et Hk,p,q i, j . L'indice no n'étant pas connu, il est pris égal à n, dans la procédure 9.9. Lors de cette acquisition, il suffit d'enregistrer les valeurs Mk, p,q [Io[k], Jok et Hk, p,q i,. , j, 1 -
Le programme initialise à 0 le tableau Ra puis il parcourt la série des indices k,p en effectuant pour chaque couple k,p:
ou ir,jr sont les coordonnées du maximum de l'image de référence, comme définies en 9. 9. et ou x,y,z sont les coordonnées déterminées en 9.12. A program performs the acquisition defined by these tables, according to the procedure described in 9.9. with the variants 2 and 3, that is to say without using the windows (5165) (5191), with a point of coordinates (ir, jr) not occulted, and without compensation of the filtering of the sensors. It thus generates the series of images
Mk, p, qi, j and Hk, p, qi, j. The index no not being known, it is taken equal to n, in the procedure 9.9. During this acquisition, it is sufficient to record the values Mk, p, q [Io [k], Jok and Hk, p, qi ,. , j, 1 -
The program initializes the array Ra to 0, then it traverses the series of indices k, p by performing for each pair k, p:
or ir, jr are the coordinates of the maximum of the reference image, as defined in 9. 9. and where x, y, z are the coordinates determined in 9.12.
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9. 14. Réglage de position des objectifs en présence de l'échantillon. 9. 14. Adjusting the position of the lenses in the presence of the sample.
L'échantillon à observer est mis en place. Les faisceaux FS et FRG sont utilisés. Le faisceau FRG utilisé est dans le sens de l'axe optique, donc le miroir de déviation est en poition centrale, définie par
images par la procédure décrite en 9.4.: une image spatiale obtenue sans effectuer l'étape 3 et une image fréquentielle obtenue en effectuant l'étape 3. Le module des valeurs complexes est extrait sur chaque image. The sample to be observed is put in place. The beams FS and FRG are used. The FRG beam used is in the direction of the optical axis, so the deflection mirror is in central poition, defined by
images by the procedure described in 9.4 .: a spatial image obtained without performing step 3 and a frequency image obtained by performing step 3. The complex values module is extracted on each image.
La position des objectifs est ajustée sur le même principe qu'en 7.10.:
L'image spatiale doit être centrée. The position of the objectives is adjusted on the same principle as in 7.10 .:
The spatial image must be centered.
Sur l'image en fréquence, on doit observer un disque clair. Le réglage doit être effectué pour que l'intensité soit la plus élevée possible pour les fréquences élevées (points éloignés du centre). Le disque observé doit rester relativement homogène. On the image in frequency, one must observe a clear disc. The adjustment must be made so that the intensity is as high as possible for the high frequencies (points far from the center). The disc observed must remain relatively homogeneous.
Si un anneau sombre apparaît entre le bord extérieur et la zone centrale, l'échantillon est trop épais et la totalité des fréquences ne pourra pas être prise en compte. Le réglage doit alors être effectué de manière à avoir un disque relativement homogène, de rayon aussi élevé que possible. Le disque n'atteint pas sa taille maximum et les fréquences élevées ne peuvent pas être prises en compte. La résolution de l'image, principalement en profondeur, est diminuée. La seule solution à ce problème consiste à utiliser un objectif spécialement conçu, décrit au paragraphe 7.19. If a dark ring appears between the outer edge and the central area, the sample is too thick and not all frequencies can be taken into account. The adjustment must then be made so as to have a relatively homogeneous disk, radius as high as possible. The disc does not reach its maximum size and high frequencies can not be taken into account. The resolution of the image, mainly in depth, is diminished. The only solution to this problem is to use a specially designed lens, described in paragraph 7.19.
9. 15. Détermination de x,y,z,L,n0
Cette étape est similaire à celle décrite dans la procédure 7.11. De même que dans la procédure décrite en 7.11., cette étape peut être évitée en effectuant une mesure préalable des grandeurs L et no et en introduisant l'échantillon sans déplacer les objectifs, et donc sans effectuer l'étape 9. 14., de manière à ne pas modifier les valeurs de x,y,z obtenues en 9.12. 9. 15. Determination of x, y, z, L, n0
This step is similar to that described in procedure 7.11. As in the procedure described in 7.11., This step can be avoided by performing a prior measurement of the quantities L and no and introducing the sample without moving the objectives, and therefore without performing step 9. 14., of so as not to modify the values of x, y, z obtained in 9.12.
Le programme effectue la série d'acquisitions définie par les tableaux Io et Jo définissant une trajectoire complète, déjà utilisés en 9.11.2, selon la procédure décrite en 9. 9. utilisée avec les variantes 2 et
3. Il génère ainsi les séries d'images Mk, p,9 [i, 7] et Hk, p,q [i, 7]. Toutefois, lors de cette acquisition, il suffit d'enregistrer les valeurs n,o 41. -o[]1 et Hk, p,q [4 ' 7r j Le programme parcourt alors la série des indices k. Pour chaque valeur k il effectue:
The program carries out the series of acquisitions defined by the tables Io and Jo defining a complete trajectory, already used in 9.11.2, according to the procedure described in 9. 9. used with the variants 2 and
3. It thus generates the series of images Mk, p, 9 [i, 7] and Hk, p, q [i, 7]. However, during this acquisition, it suffices to record the values n, o 41. -o [] 1 and Hk, p, q [4 '7r j The program then traverses the series of indices k. For each value k it performs:
Le programme décrit en 7. 8. est alors utilisé pour calculer les paramètres x,y,z,L, n0 à partir du tableau Frec ainsi constitué. The program described in 7. 8. is then used to calculate the parameters x, y, z, L, n0 from the table Frec thus constituted.
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9. 16. Calcul de w et réglage de focalisation. 9. 16. W calculation and focus adjustment.
Cette étape est effectuée de la manière décrite en 7.15. Elle peut toutefois être évitée si l'indice de l'échantillon est proche de l'indice nominal des objectifs, auquel cas on peut choisir par exemple wp = L/2. This step is performed as described in 7.15. However, it can be avoided if the sample index is close to the nominal index of objectives, in which case we can choose for example wp = L / 2.
-les tableaux Mk,p,q [i,j] obtenus par la procédure 9. 9. utilisée sans variante se substituent à ceux précédemment obtenus par la procédure 7.12. the tables Mk, p, q [i, j] obtained by the procedure 9. 9. used without variant are substituted for those previously obtained by the procedure 7.12.
- du fait que l'échantillonnage est régulier, on utilise Ko = K1 = K
- les valeurs imaxk , jmcrxk sont maintenant données par: imaxk =#"-7o)/r1, jmaxk =##Jo[A:]. 'p!X noix - L'étape 2 de la procédure (4002) de la Fig. 57 nécessite l'acquisition de la valeur de l'onde au point
('MaXk, jmaxk . Les vitres étant utilisées pour arrêter l'onde d'éclairage directe, cette valeur n'est pas disponible. Cette étape est donc remplaçée par les étapes 2.1et 2. 2. suivantes : étape 2,1. Pour chaque valeur de k, le programme calcule:
étape 2. 2. Pour chaque valeur de k,l,j le programme effectue:
ou Frec est le tableau déterminé en 9.15. - because the sampling is regular, we use Ko = K1 = K
the values imaxk, jmcrxk are now given by: imaxk = # "- 7o) / r1, jmaxk = ## Jo [A:]. 'p! X nuts - Step 2 of the procedure (4002) of FIG. 57 requires the acquisition of the value of the wave at the point
Since the windows are used to stop the direct light wave, this value is not available, this step is therefore replaced by the following steps 2.1 and 2. 2. Step 2.1. each value of k, the program calculates:
step 2. 2. For each value of k, l, j the program performs:
or Frec is the table determined in 9.15.
9. 17. Obtention de la fonction de compensation des aberrations. 9. 17. Obtaining the aberration compensation function.
Cette étape est effectuée comme décrit en 7.16. avec Ko = K1 = K
9. 18. Réalisation d'images tridimensionnelles par la méthode décrite dans le troisième mode de réalisation. This step is performed as described in 7.16. with Ko = K1 = K
9. 18. Realization of three-dimensional images by the method described in the third embodiment.
9. 18.1. sans suppression de l'onde directe Cette étape est effectuée comme décrit en 7.17.2.
9. 18.1. without direct wave suppression This step is performed as described in 7.17.2.
-les tableaux Mk, p,9 i, j Hk,P,9 i, j Bk,P,9 i, j BH k.p,q [i,j] obtenus par la procédure 9.9 utilisée avec la variante 2 se substituent à ceux précédemment obtenus par la procédure 7.12 - du fait que l'échantillonnage est régulier, on utilise Ko = K1 K, ao = a1 = 1 .
the tables Mk, p, 9 i, j Hk, P, 9 i, j Bk, P, 9 i, j BH kp, q [i, j] obtained by the procedure 9.9 used with variant 2 are substituted for those previously obtained by the procedure 7.12 - because the sampling is regular, we use Ko = K1 K, ao = a1 = 1.
- les valeurs imaxk,p,q , jmaxk,P,9 sont maintenant données par: imaxk, p,q = lok , jmaxk, p,q = Jo[k]. - the values imaxk, p, q, jmaxk, P, 9 are now given by: imaxk, p, q = lok, jmaxk, p, q = Jo [k].
<Desc/Clms Page number 233> <Desc / Clms Page number 233>
9. 18.2. avec suppression de l'onde directe. 9. 18.2. with suppression of the direct wave.
Le principe est le même que ci-dessus mais la procédure 9. 9. est utilisée sans variante. En outre, l'étape 2 de
l'algorithme décrit en 7.17.2. nécessite l'acquisition de la valeur de l'onde au point imaxk, p,o , jmaxk, p,o Les vitres étant utilisées pour arrêter l'onde d'éclairage directe, cette valeur n'est pas disponible. Cette étape est donc remplaçée par l'étape 2 suivante, équivalente à celle indiquée en 7.18.1. étape 2 : Pour chaque valeur de k,p,q,i,j le programme effectue:
The principle is the same as above but the 9. 9. procedure is used without variant. In addition, step 2 of
the algorithm described in 7.17.2. requires the acquisition of the value of the wave at the point imaxk, p, o, jmaxk, p, o The windows being used to stop the direct light wave, this value is not available. This step is therefore replaced by the following step 2, equivalent to that indicated in 7.18.1. Step 2: For each value of k, p, q, i, j the program performs:
9. 19. Réalisation d'images tridimensionnelles suivant une méthode rapide avec suppression de l'éclairage direct. 9. 19. Realization of three-dimensional images in a fast method with suppression of direct lighting.
L'utilisation de la méthode décrite précédemment présente le défaut de nécessiter l'acquisition d'images de référence. A chaque acquisition d'image de référence, il est nécessaire d'effectuer un déplacement important du miroir (5113). Il est possible d'utiliser une image de référence pour recaler en phase plusieurs images utiles successives, et donc de ne pas acquérir une image de référence à chaque acquisition d'image élémentaire. Néanmoins, si le système n'est pas parfaitement stable sur une échelle de temps comparable au temps d'acquisition d'une représentation fréquentielle tridimensionnelle complète, les acquisitions d'images de référence doivent être nombreuses. Du fait du déplacement important du miroir qu'elles nécessitent, ces acquisitions constituent une perte de temps importante. Pour éviter l'acquisition d'images de référence, les étapes 1 et 2 du paragraphe 7.17.2. , qui ont pour objectif d'effectuer le recalage en phase des représentations fréquentielles bidimensionnelles, peuvent être remplacées par la méthode décrite ci-dessous. Cette méthode peut également être utilisée avec les autres modes de réalisation mais ne présente alors qu'un intérêt limité. The use of the method described above has the disadvantage of requiring the acquisition of reference images. At each acquisition of reference image, it is necessary to make a significant displacement of the mirror (5113). It is possible to use a reference image to phase in several successive useful images, and thus not to acquire a reference image at each acquisition of elementary image. Nevertheless, if the system is not perfectly stable on a time scale comparable to the acquisition time of a complete three-dimensional frequency representation, the acquisitions of reference images must be numerous. Due to the large displacement of the mirror that they require, these acquisitions constitute a significant loss of time. To avoid acquisition of reference images, steps 1 and 2 of 7.17.2. , which aim to perform phase registration of two-dimensional frequency representations, can be replaced by the method described below. This method can also be used with the other embodiments but is then of limited interest.
Cette méthode comporte une phase préliminaire, qui est effectuée avant tout calcul nécessitant le recalage en phase (soit avant la phase d'imagerie proprement dite), puis une modification des étapes utilisées en phase d'imagerie. L'acquisition d'une image devant être traitée par cette méthode peut se faire selon la procédure 9. 9. utilisée avec la variante 1, c'est-à-dire sans acquisition d'image de référence et avec utilisation de la vitre pour annuler l'éclairage direct. This method includes a preliminary phase, which is performed before any calculation requiring phase registration (before the actual imaging phase), and a modification of the steps used in the imaging phase. The acquisition of an image to be processed by this method can be done according to the procedure 9. 9. used with the variant 1, that is to say without acquisition of reference image and with use of the glass for cancel the direct lighting.
* 9. 19.1. Phase préliminaire. * 9. 19.1. Preliminary phase.
La phase préliminaire consiste à déterminer, à partir d'un nombre limité de représentations
fréquentielles bidimensionnelles indicées par l'indice l, les tableaux Kn p,q [wu, /] Fh p,9 ni, nj, l . Dans ces tableaux: p indice le coté (gauche ou droit) vers lequel parvient l'onde d'éclairage direct q indice le coté d'ou provient la représentation fréquentielle (opposé ou non à celui ou parvient l'onde d'éclairage directe) The preliminary phase consists of determining, from a limited number of representations
two-dimensional frequency indexed by the index l, the tables Kn p, q [wu, /] Fh p, 9 ni, nj, l. In these tables: p index the side (left or right) to which the direct light wave arrives q index the side from which the frequency representation comes (opposite or not to that where the direct lighting wave arrives)
<Desc/Clms Page number 234><Desc / Clms Page number 234>
l indice la position du point correspondant à l'onde d'éclairage directe, sur l'image générée par la méthode décrite en 9. 9., à partir du coté indicé par q=0. l index the position of the point corresponding to the direct light wave, on the image generated by the method described in 9. 9., from the side indexed by q = 0.
Les indices (l,p) caractérisent donc une onde d'éclairage et les indices (l,p,q) caractérisent une représentation fréquentielle bidimensionnelle correspondant à cette onde d'éclairage et au capteur indicé par q. The indices (l, p) therefore characterize a light wave and the indices (l, p, q) characterize a two-dimensional frequency representation corresponding to this light wave and to the sensor indexed by q.
Les indices ni,nj sont les coordonnées sur deux axes de cette représentation fréquentielle, après centrage par rapport au point d'impact direct de l'onde d'éclairage. The indices n1, nj are the coordinates on two axes of this frequency representation, after centering with respect to the point of direct impact of the illumination wave.
Le tableau Knp,q [ni,nj,l] contient la troisième coordonnée nk de la représentation fréquentielle considérée, pour chaque couple ni, nj.
The table Knp, q [ni, nj, l] contains the third coordinate nk of the frequency representation considered, for each pair ni, nj.
Le tableau Fhp.q [ni,nj, 1] contient la valeur de cette représentation au point de coordonnées ni,nj,nk après recalage en phase par rapport à la représentation définie par /=0. The table Fhp.q [ni, nj, 1] contains the value of this representation at the point of coordinates ni, nj, nk after phase registration with respect to the representation defined by / = 0.
Le tableau Bh p,q [ni, nj, 1] contient le bruit sur les éléments correspondants de Fh p,q [ni, nj, 1] . The table Bh p, q [ni, nj, 1] contains the noise on the corresponding elements of Fh p, q [ni, nj, 1].
Ces tableaux caractérisent donc les valeurs de la représentation fréquentielle tridimensionnelle de l'objet en un certain nombre de points. Le tableau Knp,q caractérise les points en lesquels des valeurs sont disponibles, et le tableau Fhp,qcaractérise ces valeurs elles-mêmes. Les positions de l'onde d'éclairage direct correspondant aux indices l sont choisies de telle sorte que toute représentation fréquentielle bidimensionnelle, après recentrage, ait une intersection non vide avec la partie de la représentation fréquentielle tridimensionnelle de l'objet constituée par la superposition des représentations correspondant aux différents indices l. et caractérisée par les tableaux Kn p,q et Fhp,q. These tables thus characterize the values of the three-dimensional frequency representation of the object in a certain number of points. The table Knp, q characterizes the points in which values are available, and the table Fhp, characterizes these values themselves. The positions of the direct light wave corresponding to the indices l are chosen so that any two-dimensional frequency representation, after refocusing, has a non-empty intersection with the part of the three-dimensional frequency representation of the object constituted by the superposition of the representations corresponding to the different indices l. and characterized by the tables Kn p, q and Fhp, q.
La phase préliminaire se décompose en trois étapes: Etape 1: La Fig. 81 représente les points correspondant à l'onde d'éclairage directe, sur l'image générée par la procédure 9. 9. à partir des capteurs ou parvient cette onde d'éclairage directe, pour plusieurs valeurs de l. The preliminary phase is broken down into three steps: Step 1: FIG. 81 represents the points corresponding to the direct illumination wave, the image generated by the procedure 9. 9. from the sensors or reaches this direct illumination wave, for several values of l.
On note IL[l],JL[l] les coordonnées du point indicé par l, avec par exemple:
We denote IL [l], JL [l] the coordinates of the point indexed by l, with for example:
<tb>
<tb> 1 <SEP> #IL[l] <SEP> #JL[l]
<tb> 0 <SEP> Npix <SEP> Npix
<tb> 2 <SEP> 2 <SEP>
<tb> 1 <SEP> Npix-1- <SEP> marge <SEP> Npix
<tb> 2
<tb> <Tb>
<tb> 1 <SEP>#IL [l] <SEP>#JL [l]
<tb> 0 <SEP> Npix <SEP> Npix
<tb> 2 <SEP> 2 <SEP>
<tb> 1 <SEP> Npix-1- <SEP> margin <SEP> Npix
<tb> 2
<Tb>
2 N po: Npix - 1 -marge
2 N in: Npix - 1 -marge
<tb>
<tb> 2
<tb> 3 <SEP> marge <SEP> Npix
<tb> 2
<tb> 4 <SEP> Npix <SEP> marge
<tb> 2
<tb> <Tb>
<tb> 2
<tb> 3 <SEP> margin <SEP> Npix
<tb> 2
<tb> 4 <SEP> Npix <SEP> margin
<tb> 2
<Tb>
<Desc/Clms Page number 235><Desc / Clms Page number 235>
ou marge= 10 par exemple. or margin = 10 for example.
Les points indicés par l doivent faire partie de la trajectoire définie par les tableaux Io et Jo. Le
programme détermine alors, pour chaque valeur de l, la valeur de k telle que IL[l] = lo[k et JL[l = Jok . The points indexed by l must be part of the trajectory defined by Tables Io and Jo. The
The program then determines, for each value of l, the value of k such that IL [l] = lo [k and JL [l = Jok.
Il range cette valeur dans le tableau TK en TK[l]. He puts this value in the table TK in TK [l].
Etape 2 : La seconde étape consiste à déterminer les tableaux Kn p,q et Fhp,q Le programme initialise d'abord ces tableaux, par exemple à une valeur de-10000. Step 2: The second step is to determine the arrays Kn p, q and Fhp, q The program initializes these arrays first, for example to a value of-10000.
Le programme parcourt ensuite l'ensemble des quintuplets (l,p,q,i,j). Il calcule pour chacun d'entre eux k= TK [l]
ni = i -lmcpck, p,q + NP, nj = j - jmaxk,p,q + Nn
Il prend pour chacun de ces nombres l'entier le plus proche puis il effectue:
Etape 3 : cette étape consiste en une modification du tableau Fhp,q. Le programme parcourt l'ensemble des (l,p,q). Pour chaque valeur de ce triplet, le programme effectue les opérations 1 à 3 suivantes: opération 1: le programme initialise à 0 les nombres nom et denom opération 2 : le programme parcourt l'ensemble des valeurs de (ni,nj) en testant la condition
Kn p.q ni,nj,1-KnP,9ni,nj,0I2 2 <- lim avec par exemple lim= 1. Lorsque cette condition est réalisée il effectue :
opération 3 : le programme effectue:
The program then goes through all the quintuplets (l, p, q, i, j). It calculates for each of them k = TK [l]
ni = i -lmcpck, p, q + NP, nj = j-jmaxk, p, q + Nn
He takes for each of these numbers the nearest integer then he performs:
Step 3: This step consists of a modification of the table Fhp, q. The program goes through all (l, p, q). For each value of this triplet, the program performs the following operations 1 to 3: operation 1: the program initializes to 0 the numbers name and denom operation 2: the program traverses the set of values of (ni, nj) by testing the condition
Kn pq ni, nj, 1-KnP, 9ni, nj, 0I2 2 <- lim with for example lim = 1. When this condition is realized it performs:
operation 3: the program performs:
<Desc/Clms Page number 236> <Desc / Clms Page number 236>
9. 19.2. Phase d'imagerie
La phase d'imagerie diffère de celle utilisée en 7.17.2. par la méthode de recalage de phase. Le recalage en phase est içi effectué par rapport à la partie de la représentation fréquentielle de l'objet caractérisée par les tableaux calculés dans la phase préliminaire, et non par rapport au point image de l'onde d'éclairage, à des valeurs préenregistrées de l'onde d'éclairage ou à des images de référence. 9. 19.2. Imaging phase
The imaging phase differs from that used in 7.17.2. by the phase registration method. The phase registration is performed with respect to the part of the frequency representation of the object characterized by the tables calculated in the preliminary phase, and not with respect to the image point of the illumination wave, at pre-recorded values of the illumination wave or reference images.
Les étapes 1,2,3 suivantes remplacent les étapes 1 et 2 définies en 7.17.2. The following steps 1,2,3 replace steps 1 and 2 defined in 7.17.2.
Etape 1 : le programme effectue, pour toutes les valeurs de k,p,q,i,j:
Etape 2 : étape consiste à établir le coefficient complexe caractérisant, pour chaque représentation bidimensionnelle, le décalage de phase et d'intensité entre cette représentation bidimensionnelle et la portion de représentation tridimensionnelle caractérisée par les tableaux Knp,q et Fhp,q.Ce coefficient complexe, pour la représentation caractérisée par les indices k,p,q, s'exprime sous la forme nomk,p,q Il denomk, p,q
est obtenu en effectuant une boucle sur l'ensemble des indices (kp, q, ij, 1). Pour chaque (kp, q, ij, 1) : -le programme calcule: ni = i - tmaxk, p,q + Nt"x nj = j-jmaxkpq + N plX
-Il teste la condition:
IKn p,q [ni,nj, 1]- nkl2 lim avec par exemple lim=1. -Si la condition est vraie, le programme effectue alors les opérations
Etape 3 : cette étape constitue le recalage en phase proprement dit. Le programme effectue:
Step 1: The program performs, for all the values of k, p, q, i, j:
Stage 2: step consists in establishing the complex coefficient characterizing, for each two-dimensional representation, the phase and intensity shift between this two-dimensional representation and the three-dimensional representation portion characterized by the tables Knp, q and Fhp, q. , for the representation characterized by the indices k, p, q, is expressed in the form nomk, p, q Il denomk, p, q
is obtained by performing a loop on the set of indices (kp, q, ij, 1). For each (kp, q, ij, 1): -the program calculates: ni = i - tmaxk, p, q + Nt "x nj = j-jmaxkpq + N plX
-It tests the condition:
IKn p, q [nl, nj, 1] - nkl2 lim with for example lim = 1. -If the condition is true, then the program performs the operations
Step 3: This step constitutes the actual phase registration. The program performs:
<Desc/Clms Page number 237><Desc / Clms Page number 237>
9.20. Réalisation d'images tridimensionnelles suivant une méthode simplifiée. 9.20. Realization of three-dimensional images according to a simplified method.
On peut se limiter, pour générer l'image tridimensionnelle de l'objet, à la représentation
Fo,odéfinie en 7. 17. Ceci revient, dans la procédure décrite en 7. 17.2., à adopter des tableaux IBp,q nuls pour tout couple (p, q) # (0,0) . One can limit oneself, to generate the three-dimensional image of the object, to the representation
Fo, as defined in 7. 17. This amounts, in the procedure described in 7. 17.2., To adopt tables IBp, q void for any pair (p, q) # (0,0).
On suppose également içi que l'objet a un indice moyen proche de l'indice nominal de l'objet observé et que la table optique est totalement exempte de vibrations. It is also assumed that the object has an average index close to the nominal index of the object observed and that the optical table is totally free of vibrations.
Les étapes 9.11. à 9.17 peuvent alors être supprimées. La présente méthode diffère en outre de la précédente par la méthode utilisée pour régler la position des objectifs avant utilisation et par l'algorithme de superposition des images. Steps 9.11. at 9.17 can then be deleted. The present method also differs from the previous one by the method used to adjust the position of the objectives before use and by the image overlay algorithm.
9. 20.1. Réglage des objectifs et du miroir (5113). 9. 20.1. Lens and mirror adjustment (5113).
Ce réglage peut être effectué avec une lame transparente à condition de ne pas déplacer les objectif après réglage, quand on introduit l'objet. Si des objectifs prévus pour fonctionner sans liquide d'immersion ni lame couvre-objet sont prévus (indice nominal égal à 1) et si l'échantillon est peu épais ou d'indice moyen proche de 1, il peut également être effectué en l'abscence d'objet. Pendant cette étape on utilise les faisceaux FEG et FRD. This adjustment can be made with a transparent blade provided you do not move the lenses after adjustment, when you introduce the object. If objectives intended to operate without immersion liquid or slide are provided (nominal index equal to 1) and if the sample is thin or of average index close to 1, it can also be done in the same way. object abscence. During this step, the FEG and FRD beams are used.
Il est nécessaire que le miroir (5113) soit amovible et puisse être remplacé par une plaque absorbante en tout point sauf en un point central ou est placé un réflecteur de faible dimension. La dimension de ce réflecteur doit être d'environ D ou D est le diamètre du faisceau incident sur le miroir
2Npix (5113). Cette plaque doit être provisoirement placée sur le miroir de manière à ce que le réflecteur occupe à peu près le centre du faisceau incident sur le miroir. Le positionneur du miroir doit être lui-même fixé sur un positionneur trois axes en translation. It is necessary that the mirror (5113) is removable and can be replaced by an absorbent plate at any point except at a central point or is placed a small reflector. The size of this reflector should be about D or D is the diameter of the incident beam on the mirror
2Npix (5113). This plate must be temporarily placed on the mirror so that the reflector occupies roughly the center of the incident beam on the mirror. The positioner of the mirror must itself be fixed on a positioner three axes in translation.
Ce réglage doit être effectué immédiatement après la série de réglages décrite en 9. 5. et les objectifs ne doivent plus être déplacés ensuite. Il comporte les étapes suivantes: étape 1: on remplace le miroir par la plaque absorbante étape 2 : en utilisant uniquement le faisceau FRD, on déplace le miroir en translation de manière à ce que l'image produite sur le CCD (4339) soit ponctuelle et centrée. étape 3: en utilisant uniquement le faisceau FEG, on déplace les objectifs de manière à ce que l'image produite sur le CCD (4339) soit ponctuelle et centrée. étape 4: on peut alors remettre en place le miroir. This adjustment must be made immediately after the set of adjustments described in 9. 5. and the lenses must not be moved afterwards. It comprises the following steps: step 1: the mirror is replaced by the absorbing plate step 2: using only the FRD beam, the mirror is moved in translation so that the image produced on the CCD (4339) is punctual and centered. step 3: using only the FEG beam, the lenses are moved in such a way that the image produced on the CCD (4339) is punctual and centered. step 4: we can then replace the mirror.
9. 20.2. algorithme de calcul de la représentation tridimensionnelle
Les étapes 1 et 2 de l'algorithme décrit en 7. 17.2. peuvent être supprimées. En effet, le réglage supplémentaire effectué et l'abscence de vibrations permettent d'éviter tout décalage de phase du faisceau d'éclairage. 9. 20.2. algorithm for calculating the three-dimensional representation
Steps 1 and 2 of the algorithm described in 7. 17.2. can be deleted. In fact, the additional adjustment made and the absence of vibrations make it possible to avoid any phase shift of the illumination beam.
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10. Dispositif de positionnement des éléments optiques. 10. Device for positioning optical elements.
Les modes de réalisation décrits, et en particulier le mode de réalisation 4, nécessitent l'utilisation de nombreux positionneurs de bonne précision. Ces positionneurs sont des éléments coûteux peu adaptés à une fabrication en série et susceptibles de se dérégler avec le temps. Ces positionneurs, à l'exception des positionneurs des objectifs et de l'échantillon, ne doivent en principe être réglés qu'une fois, lors de la phase initiale de réglage. The embodiments described, and in particular embodiment 4, require the use of numerous positioners of good accuracy. These positioners are expensive elements that are not well suited to mass production and that may become unstable over time. These positioners, with the exception of the objective and sample positioners, should normally only be adjusted once during the initial adjustment phase.
Une solution à ce problème est d'utiliser lors de la fabrication du microscope des positionneurs amovibles. Après positionnement, chaque élément peut être fixé avec une colle appropriée. Par exemple, dans le mode de réalisation 4, on peut fixer les SLM à l'aide du dispositif des Fig. 83 à 85. La partie du dispositifde fixation qui est intégrée au microscope comporte trois ensembles mobiles: ensemble 1: il est constitué des éléments suivants, solidarisés entre eux: - une plaque de fixation (5801) détaillée Fig.83 et présentant une surface poreuse à encoller (5802). A solution to this problem is to use in the manufacture of the microscope removable positioners. After positioning, each element can be fixed with a suitable glue. For example, in Embodiment 4, the SLMs can be attached using the device of Figs. 83 to 85. The part of the fixing device which is integrated into the microscope has three moving assemblies: assembly 1: it consists of the following elements, joined together: - a fixing plate (5801) detailed Fig.83 and having a porous surface to be glued (5802).
- le SLM (5804) fixé sur la partie non encollée (5803) de cette plaque. - the SLM (5804) fixed on the unsized part (5803) of this plate.
- une plaque (5808) en matériau magnétisable, par exemple du fer, fixée à l'arrière de la plaque (5801) ensemble 2 : est constitué des éléments suivants, solidarisés entre eux: - une plaque (5805) détaillée Fig. 84 présentant une surface poreuse à encoller (5806) et un évidement (5807) en son centre - une plaque (5809) présentant une surface à encoller (5817) - une plaque (5810) en matériau magnétisable, par exemple du fer , fixée à la plaque (5809). ensemble 3 : est constitué d'une plaque (5811) présentant une surface poreuse à encoller (5816)
La partie amovible du dispositif de fixation comporte les ensembles suivants: ensemble 4 : est composé d'un bras (5815) comportant une partie magnétisable (5814) et lié à un positionneur POS1non représenté. La partie (5814) comporte un enroulement de fil électrique autour d'un noyau en fer, non représentés. En alimentant cet enroulement on solidarise (5814) et (5810) et en interrompant l'alimentation on désolidarise ces éléments. ensemble 5: il est composé d'un bras (5813) comportant une partie magnétisable (5812) et lié à un positionneur POS2 non représenté. La partie (5812) comporte un enroulement de fil électrique autour d'un noyau en fer, non représentés. En alimentant cet enroulement on solidarise (5808) et (5812) et en interrompant l'alimentation on désolidarise ces éléments. - A plate (5808) of magnetizable material, for example iron, fixed to the rear of the plate (5801) together 2: consists of the following elements, secured together: - a plate (5805) detailed FIG. 84 having a porous surface to be glued (5806) and a recess (5807) at its center - a plate (5809) having a surface to be glued (5817) - a plate (5810) of magnetizable material, for example iron, attached to the plate (5809). assembly 3: consists of a plate (5811) having a porous surface to be glued (5816)
The removable part of the fixing device comprises the following sets: assembly 4: is composed of an arm (5815) having a magnetizable portion (5814) and connected to a POS1 positioner not shown. The portion (5814) comprises a winding of electric wire around an iron core, not shown. Feeding this winding is secured (5814) and (5810) and interrupting the supply disassociates these elements. set 5: it is composed of an arm (5813) having a magnetizable portion (5812) and connected to a POS2 positioner not shown. Part (5812) comprises a winding of electrical wire around an iron core, not shown. Feeding this winding is secured (5808) and (5812) and interrupting the supply disassociates these elements.
<Desc/Clms Page number 239> <Desc / Clms Page number 239>
La partie fixe du positionneur POS1et l'élément 3 sont solidaires de la table optique. La partie fixe du positionneur POS2 est solidaire de la partie mobile du positionneur POS 1. Le positionneur POS permet un déplacement un axe dans le sens de l'axe # et une rotation autour de l'axe j . Le positionneur POS2 permet une translation suivant chacun des vecteurs 7 et k et une rotation autour de l'axe ! . Il permet également, mais avec une très faible marge de réglage, une rotation autour de l'axe . The fixed part of POS1 positioner and element 3 are integral with the optical table. The fixed part of the POS2 positioner is integral with the moving part of the POS positioner 1. The POS positioner allows an axis to be displaced in the direction of the axis # and a rotation about the axis j. The positioner POS2 allows a translation according to each of the vectors 7 and k and a rotation about the axis! . It also allows, but with a very small adjustment margin, a rotation around the axis.
Pour effectuer le positionnement du système, on encolle préalablement les surfaces à encoller désignées plus haut. On alimente les aimants des parties (5812) et (5814) de manière à solidariser les parties amovibles et les parties non amovibles. On effectue le réglage normalement avec les positionneurs POS1et POS2. On laisse le système en place suffisamment longtemps pour que la colle sèche. On cesse alors d'alimenter les aimants de manière à désolidariser les parties amovibles des parties non amovibles. Le réglage est alors définitif et la partie amovible peut être retirée. To perform the positioning of the system, previously glued the surfaces to be bonded designated above. The magnets of the parts (5812) and (5814) are energized so as to secure the removable parts and the non-removable parts. The adjustment is normally carried out with POS1 and POS2 positioners. The system is left in place long enough for the glue to dry. We then stop feeding the magnets so as to separate the removable parts non-removable parts. The setting is then definitive and the removable part can be removed.
La colle utilisée doit avoir un temps de prise suffisamment long pour ne pas gêner le réglage et doit avoir un retrait minimal lors du séchage. Il est également possible de prévoir des orifices dédiés dans les plaques (5811) et (5805) pour injecter la colle après positionnement. Cet exemple est donné pour le positionnement des SLM mais est adaptable simplement à l'ensemble des éléments devant être positionnés dans le système. En fonction du nombre de degrés de liberté requis et du type d'élément à positionner, la forme des plateformes mobiles doit être adaptée. Le principe consistant à utiliser des positionneurs amovibles et à effectuer une fixation définitive par collage reste toutefois valable. The adhesive used must have a setting time long enough not to interfere with the setting and must have a minimum shrinkage during drying. It is also possible to provide dedicated orifices in the plates (5811) and (5805) to inject the adhesive after positioning. This example is given for the positioning of the SLM but is simply adaptable to all the elements to be positioned in the system. Depending on the number of degrees of freedom required and the type of element to be positioned, the shape of the mobile platforms must be adapted. The principle of using removable positioners and final fixing by gluing, however, remains valid.
11. Support adapté au transport et au maintien des réglages effectués
Les microscopes décrits dans les modes de réalisation 3 à 5 sont constitués d'un ensemble d'éléments fixés à une table optique. Lors d'un éventuel transport, des chocs même légers peuvent entraîner un dérèglement du système. Lors d'une utilisation prolongée, la poussière peut se déposer sur les différents éléments optiques. 11. Support suitable for transporting and maintaining the settings made
The microscopes described in Embodiments 3 to 5 consist of a set of elements attached to an optical table. During a possible transport, even slight shocks can cause a disturbance of the system. During prolonged use, dust can be deposited on the various optical elements.
Afin de pallier à ces inconvénients, le microscope décrit peut être protégé par un système dont le principe est représenté sur la figure 86. La table optique, qui peut être par exemple en granite, constitue la partie inférieure d'une boîte hermétiquement fermée (5901). Le fait que la boîte (5901) soit hermétiquement fermée protège l'ensemble contre la poussière. La boîte (5901) est incluse dans une boîte plus grande (5902), sans qu'il y ait contact direct entre les deux boîtes. Les deux boîtes sont séparées par des amortisseurs qui peuvent être des ballons en caoutchouc (5903) gonflés de manière appropriée, et qui sont disposés sur les 6 cotés de la boîte (5901). Ce système permet d'amortir les chocs et d'éviter une perte des réglages lors d'un transport, tout en garantissant une bonne suspension de la table optique lors de l'utilisation. In order to overcome these drawbacks, the described microscope can be protected by a system whose principle is shown in FIG. 86. The optical table, which can be for example made of granite, constitutes the lower part of a hermetically sealed box (5901 ). The fact that the box (5901) is hermetically sealed protects the assembly against dust. The box (5901) is included in a larger box (5902), with no direct contact between the two boxes. The two boxes are separated by dampers which may be appropriately inflated rubber balls (5903), which are arranged on the 6 sides of the box (5901). This system makes it possible to dampen shocks and to avoid a loss of settings during transport, while ensuring good suspension of the optical table during use.
Toutefois, il est nécessaire que la partie du système constituée par les deux objectifs et leurs positionneurs reste accessible. Ceci entraîne certaines adaptations de la forme des boîtes, visibles sur la Fig. However, it is necessary that the part of the system constituted by the two objectives and their positioners remains accessible. This entails certain adaptations of the shape of the boxes, visible in FIG.
87, adaptées içi à l'exemple constitué par les modes de réalisation 4 et 5. La paroi avant de la boîte (5901) constitue un plan vertical passant sur la Fig. 63 entre les miroirs (4451) et (4452). La boîte (5901) présente 87, adapted to the example constituted by the embodiments 4 and 5. The front wall of the box (5901) constitutes a vertical plane passing in FIG. 63 between the mirrors (4451) and (4452). The box (5901) presents
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une excroissance (5903) permettant la fixation des miroirs (4454) (4455)(4456) et de l'objectif (4317) endessous du plan de la table optique proprement dite. La boîte (5902) représentée en pointillés présente une échancrure (5904) ménageant un accès aux objectifs et à l'échantillon. an excrescence (5903) allowing the fixing of the mirrors (4454) (4455) (4456) and the objective (4317) below the plane of the optical table itself. The box (5902) shown in dashed lines has a notch (5904) providing access to the lenses and the sample.
Afin que les miroirs (4453) et (4454) ainsi que les entrées des objectifs restent inaccessibles, et afin d'éviter toute entrée de poussière, la forme de la boîte (5902) doit également être adaptée localement. Cette adaptation est détaillée sur la Fig. 88. La boîte présente deux excroissances (5905) et (5906) contenant respectivement les miroirs (4453) et (4454), et présente deux ouvertures liées à l'entrée des objectifs (en fait, aux montures de ces objectifs ) par des manchons en caoutchouc (6001) (6002). Les positionneurs des objectifs et de l'échantillon, non représentés, sont extérieurs à la boîte (5902). So that the mirrors (4453) and (4454) as well as the entries of the objectives remain inaccessible, and in order to avoid any entry of dust, the shape of the box (5902) must also be adapted locally. This adaptation is detailed in FIG. 88. The box has two protuberances (5905) and (5906) respectively containing the mirrors (4453) and (4454), and has two openings related to the entry of the lenses (in fact, to the frames of these lenses) by sleeves rubber (6001) (6002). The positioners of the objectives and the sample, not shown, are outside the box (5902).
Sur la Fig. 87, les amortisseurs (5903) n'ont pas été représentés, mais ils sont présents dans toute la zone comprise entre les deux boîtes. In FIG. 87, the dampers (5903) have not been shown, but they are present in the entire area between the two boxes.
Un capot de fermeture permettant une protection de la partie accessible (objectifs et échantillon, ainsi que leurs positionneurs) doit également être prévu. A closure cover allowing protection of the accessible part (objectives and sample, as well as their positioners) must also be provided.
Dans le cas du mode de réalisation 5, la boîte externe (5901) doit comporter un compartiment supplémentaire pour contenir les éléments qui ne sont pas sur la table optique. In the case of Embodiment 5, the outer box (5901) must have an additional compartment to hold the items that are not on the optical table.
12. Variantes:
D'autres modes de réalisation sont bien entendu possibles et la description ci-dessus n'est pas limitative. Il est en particulier possible d'utiliser d'avantage d'objectifs, ou d'effectuer d'autres combinaisons des types de récepteur et de déviateur de faisceau, ou de modifier les algorithmes de recalage en phase. 12. Variants:
Other embodiments are of course possible and the above description is not limiting. In particular, it is possible to use more objectives, or to perform other combinations of the receiver and beam deflector types, or to modify the phase registration algorithms.
13. Possibilités d'application industrielle :
13. 1. Références [Thomas] : 4-D imaging software observe living cells, Charles Thomas & John White, Scientific Computing World p.31, décembre 1996. 13. Potential for industrial application:
13. 1. References [Thomas]: 4-D imaging software observes living cells, Charles Thomas & John White, Scientific Computing World p.31, December 1996.
[Holton] : Under a Microscope: Confocal Microscopy Casts New Light on the Dynamics of Life , W.Conard Holton, Photonics Spectra p. 78, février 1995. [Holton]: Under a Microscope: Confocal Microscopy Casts New Light on the Dynamics of Life, W.Conard Holton, Photonics Spectra p. 78, February 1995.
[Walker] : Phase measunng scanning optical microscope, J.G.Walker & E.R.Pike, brevet WO 91/07682 [Bertero] : Analytic inversionformulafor confocal scanning microscopy, B. Bertero, C. De Mol, E.R.Pike, Journal of the Optical Society of America vol.4 no. 9, septembre 1987 [Ueki]: Three-dimensional optical memory with a photorefractive crystal, Y. Kawata, H.Ueki, Y. Hashimoto, S. Kawata, Applied Optics vol.34 no 20 p. 4105, 10 juillet 1995
[Juskaitis]: Differentialphase-contrast microscope with a split detectorfor the readout system of a multilayered optical memory, Y. Kawata, R.Juskaitis, T. Tanaka, T. Wilson & S. Kawata, Applied Optics vol.35 no 14 p. 2466, 10 mai 1996 [Walker]: Measurng scanning optical microscope phase, JGWalker & ERPike, Patent WO 91/07682 [Bertero]: Analytical inversionformulafor confocal scanning microscopy, B. Bertero, C. De Mol, ERPike, Journal of the Optical Society of America vol.4 no. 9, September 1987 [Ueki]: Three-dimensional optical memory with a photorefractive crystal, Y. Kawata, H. Ueki, Y. Hashimoto, S. Kawata, Applied Optics vol.34 No. 20 p. 4105, July 10, 1995
[Juskaitis]: Differentialphase-contrast microscope with a split detector for the readout system of a multilayered optical memory, Y. Kawata, R.Juskaitis, T. Tanaka, T. Wilson & S. Kawata, Applied Optics vol.35 No. 14 p. 2466, May 10, 1996
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[Parthenopoulos]: Three-dimensional optical storage memory, D. A.Parthenopoulos & P.M.Rentzepis, Science 245, p. 843, 1989 [Strickler] : Three dimensional optical data storage in refractive media by two-photon excitation, J.H.Strickler & W. W. Webb, Optics Letters 16, p.1780, 1991 [McMichael]: Compact holographic storage demonstrator with rapid access, I. McMichael, W. Christian, D. Pletcher, T. Y.Chang & J. H.Hong, Applied Optics vol.35 no 14 p.2375, 10 mai 1996. [Parthenopoulos]: Three-dimensional optical storage memory, D.A.Parthenopoulos & P.M.Rentzepis, Science 245, p. 843, 1989 [Strickler]: Three dimensional optical data storage in refractive media by two-photon excitation, JHStrickler & WW Webb, Optics Letters 16, p.1780, 1991 [McMichael]: Compact holographic storage demonstrator with rapid access, I. McMichael, W. Christian, D. Pletcher, TYChang & JHHong, Applied Optics vol.35 No. 14 p.2375, May 10, 1996.
[Bashaw] : Cross-talk considerations for angular and phase-encoded multiplexing in volume holography, M. C.Bashaw, J. F.Heanue, A. Aharoni, J.F.Walkup & L. Hesselink, Journal of the Optical Society of America B vol. 11 no 9 p.1820 septembre 1994 [Barbarstatis] : Shift multiplexing with spherical reference waves, G. Barbarstatis, M.Levene,D.Psaltis, Applied Optics vol.35 no 14 p. 2403, 10 mai 1996
13.2. Discussion
Les microscopes courants forment par un procédé optique une image bidimensionnelle correspondant à une coupe aggrandie de l'objet observé. Cette image peut le cas échéant être enregistrée par une caméra vidéo afin de pouvoir être restituée ultérieurement. [Bashaw]: Cross-talk considerations for angular and phase-encoded multiplexing in holography volume, MCBashaw, JFHeanue, A. Aharoni, JFWalkup & L. Hesselink, Journal of the Optical Society of America B vol. 11 No. 9 p.1820 September 1994 [Barbarstatis]: Shift multiplexing with spherical reference waves, G. Barbarstatis, M. Levene, D. Psaltis, Applied Optics vol.35 No. 14 p. 2403, May 10, 1996
13.2. Discussion
The current microscopes form by an optical process a two-dimensional image corresponding to an enlarged section of the observed object. This image can, if necessary, be recorded by a video camera so that it can be retrieved later.
Il est possible de générer une image tridimensionnelle en utilisant un de ces microscopes et en faisant varier le réglage de focalisation. A chaque réglage correspond un plan de coupe différent, et une image en trois dimensions peut être reconstituée à partir de ces plans de coupe. Certains microscopes munis d'un dispositif de focalisation motorisé et d'un logiciel approprié effectuent cette opération automatiquement. De tels microscopes sont décrits par exemple dans [Thomas]. Le défaut majeur de ces microscopes est que l'image d'un plan de coupe est fortement perturbée par le contenu des autres plans. It is possible to generate a three-dimensional image using one of these microscopes and varying the focus setting. Each setting corresponds to a different cutting plane, and a three-dimensional image can be reconstructed from these cutting planes. Some microscopes equipped with a motorized focusing device and appropriate software perform this operation automatically. Such microscopes are described for example in [Thomas]. The major flaw of these microscopes is that the image of a cutting plane is strongly disturbed by the contents of the other planes.
Il existe également des microscopes confocaux, dans lesquels l'éclairage est focalisé sur un point et l'image tridimensionnelle est générée en balayant tous les points de l'objet. De tels microscopes sont décrits par exemple dans [Holton]. Ces microscopes permettent de résoudre le problème des systèmes décrits dans [Thomas], à savoir que la valeur détectée en un point donné est peu perturbée par la valeur des points proches. There are also confocal microscopes in which the illumination is focused on a point and the three-dimensional image is generated by scanning all the points of the object. Such microscopes are described for example in [Holton]. These microscopes make it possible to solve the problem of the systems described in [Thomas], namely that the value detected at a given point is not disturbed by the value of the near points.
Les microscopes confocaux présentent le défaut de ne pouvoir détecter que l'intensité de l'onde reçue et non sa phase. Comme beaucoup d'objets couramment observés se caractérisent essentiellement par des variations d'indice entraînant des variations de phase de l'onde transmise, ce défaut entraîne une gêne importante pour les utilisateurs qui doivent colorer les échantillons observés. C'est pourquoi des efforts ont été faits pour réaliser des microscopes confocaux sensibles à la phase de l'onde transmise [Walker]. Pour diverses raisons, ces microscopes restent peu efficaces. Confocal microscopes have the defect of being able to detect only the intensity of the received wave and not its phase. As many commonly observed objects are characterized essentially by index variations causing phase variations of the transmitted wave, this defect causes significant discomfort for users who must color the samples observed. This is why efforts have been made to make confocal microscopes sensitive to the phase of the transmitted wave [Walker]. For various reasons, these microscopes remain ineffective.
L'image générée par les microscopes confocaux n'a pas la définition théorique la meilleure qui puisse en principe être obtenue à partir de l'onde reçue par l'objectif utilisé. Ceci est lié, comme indiqué en 7. 18.3., au fait que la méthode de microscopie confocale filtre fortement les hautes fréquences. C'est pourquoi des efforts ont été faits pour améliorer la résolution de ces microscopes confocaux [Bertero]. The image generated by the confocal microscopes does not have the best theoretical definition that can in principle be obtained from the wave received by the lens used. This is linked, as indicated in 7. 18.3., To the fact that the confocal microscopy method strongly filters the high frequencies. This is why efforts have been made to improve the resolution of these confocal microscopes [Bertero].
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Le présent microscope remédie aux défauts des microscopes précédents en termes de résolution et en termes de détection de phase. Il peut être avantageusement employé en remplacement de ces microscopes, dans l'ensemble de leurs applications. The present microscope overcomes the defects of the foregoing microscopes in terms of resolution and in terms of phase detection. It can be advantageously used as a replacement for these microscopes, in all their applications.
Un domaine d'application nouveau des microscopes est la lecture de mémoires optiques tridimensionnelles. A new field of application of microscopes is the reading of three-dimensional optical memories.
Un premier type de mémoires optiques est celui ou les données sont enregistrées point par point dans un matériau tridimensionnel sous forme de variations des propriétés locales de ce matériau ([Ueki], [Parthenopoulos], [Strickler]). Ces données doivent donc être lues par un microscope capable de lire des données tridimensionnelles sans que les données enregistrées dans plusieurs couches successives de matériau se perturbent les unes les autres. La perturbation de l'image d'un point par les rayons diffractés par les points voisins se traduit donc içi par une interférence intersymboles. En général les auteurs ont utilisé des couches peu nombreuses à forte distance les unes des autres, ce qui limite ces interférences. A first type of optical memory is where the data are recorded point by point in a three-dimensional material in the form of variations of the local properties of this material ([Ueki], [Parthenopoulos], [Strickler]). These data must therefore be read by a microscope capable of reading three-dimensional data without the data recorded in several successive layers of material disturbing each other. The disturbance of the image of a point by the rays diffracted by the neighboring points is thus reflected here by intersymbol interference. In general, the authors used few layers at a great distance from each other, which limits these interferences.
Cependant, si une quantité de données plus importante devait être enregistrée dans un volume donné, les méthodes classiques de microscopie se révéleraient insuffisantes. En particulier dans le cas de [Strickler] et [Ueki] les données sont enregistrées sous forme de variations d'indice et le microscope confocal est particulièrement mal adapté à leur lecture. C'est pourquoi des efforts ont été faits pour améliorer le système de lecture de données [Juskaitis]. However, if a larger amount of data were to be recorded in a given volume, conventional microscopy methods would be insufficient. Especially in the case of [Strickler] and [Ueki] the data are recorded as index variations and the confocal microscope is particularly poorly adapted to their reading. This is why efforts have been made to improve the data reading system [Juskaitis].
Le présent microscope constitue la solution de lecture permettant une intégration maximale de ce type de mémoires. En effet l'image qu'il permet d'obtenir prend en compte l'indice et diminue très fortement l'interférence intersymboles. Dans le cas idéal ou l'ensemble du faisceau issu de l'échantillon serait détectée, ce qui peut être réalisé en augmentant le nombre ou l'ouverture des objetifs, l'interférence intersymboles est entièrement supprimée. The present microscope is the reading solution for maximum integration of this type of memory. Indeed, the image that can be obtained takes into account the index and strongly decreases intersymbol interference. In the ideal case where the whole beam from the sample would be detected, which can be achieved by increasing the number or the opening of the objects, the intersymbol interference is entirely removed.
Un autre type de mémoires optiques est constitué par les mémoires holographiques. Par exemple, dans le document [McMichael], les données sont lues en illuminant l'objet constitué par la mémoire optique avec un faisceau parallèle de direction variable et en détectant l'onde issue de l'échantillon pour chaque direction du faisceau d'éclairage. Une direction du faisceau d'éclairage correspond à une page de données et chaque point de la représentation fréquentielle bidimensionnelle de l'onde issue de l'objet pour une onde d'éclairage donnée correspond à un bit stocké dans la mémoire optique. Chaque point de la représentation bidimensionnelle de l'onde issue de l'objet correspondant par ailleurs à un point de la représentation tridimensionnelle de l'objet lui-même, un bit stocké dans la mémoire optique correspond donc à un point de la représentation fréquentielle tridimensionnelle de cette mémoire optique. Une analyse de ce type de mémoires en termes de représentations fréquentielles peut être trouvée dans [Bashaw]
Le présent microscope peut donc avantageusement être utilisé pour lire de telles mémoires optiques, les bits stockés en mémoire correspondant directement à des points de la représentation fréquentielle tridimensionnelle obtenue par le présent microscope à partir de l'objet constitué par la mémoire optique. Le système d'écriture de la mémoire optique doit toutefois être prévu pour ne pas utiliser les points de la représentation fréquentielle tridimensionnelle qui ne sont pas obtenus par le présent Another type of optical memory consists of holographic memories. For example, in the [McMichael] document, the data is read by illuminating the object constituted by the optical memory with a variable direction parallel beam and detecting the sample wave for each direction of the illumination beam. . A direction of the illumination beam corresponds to a data page and each point of the two-dimensional frequency representation of the wave coming from the object for a given illumination wave corresponds to a bit stored in the optical memory. Since each point of the two-dimensional representation of the wave coming from the object corresponds moreover to a point of the three-dimensional representation of the object itself, a bit stored in the optical memory corresponds to a point of the three-dimensional frequency representation. of this optical memory. An analysis of this type of memory in terms of frequency representations can be found in [Bashaw]
The present microscope can therefore advantageously be used to read such optical memories, the bits stored in memory corresponding directly to points of the three-dimensional frequency representation obtained by the present microscope from the object constituted by the optical memory. The optical memory write system must, however, be designed not to use the points of the three-dimensional frequency representation which are not obtained by the present
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microscope, saufà augmenter le nombre d'objectifs utilisés pour éviter la non-détection de certaines fréquences. microscope, except to increase the number of lenses used to avoid the non-detection of certain frequencies.
D'autres types de mémoires optiques holographiques existent [Barbarstatis] . D'une manière générale, le présent microscope permet l'obtention d'une représentation de l'objet observé qui serait parfaite dans le cas idéal ou les objectifs utilisés couvriraient l'ensemble de l'espace autour de l'objet. Other types of holographic optical memories exist [Barbarstatis]. In general, the present microscope makes it possible to obtain a representation of the observed object that would be perfect in the ideal case where the objectives used would cover the entire space around the object.
Dans le cas ou la représentation obtenue est parfaite, les données stockées en mémoire et détectées sous la forme d'une représentation fréquentielle tridimensionnelle de l'objet peuvent être ensuite restituée sous n'importe quelle forme : est possible de simuler, en utilisant la représentation connue de l'objet constitué par la mémoire optique, l'onde qui serait obtenue à partir de n'importe quel éclairage ou par n'importe quelle autre méthode de lecture (à la longueur d'onde utilisée par le microscope). Tous les type de mémoire optique peuvent donc être lus par le présent microscope, moyennant dans le cas général des opérations supplémentaires permettant la reconstitution des données à partir de la représentation fréquentielle de l'objet constitué par la mémoire optique. Dans le cas ou la représentation n'est pas parfaite, des précautions adéquates doivent être prises pour prendre en compte les zones d'ombre de la représentation fréquentielle de l'objet.In the case where the representation obtained is perfect, the data stored in memory and detected in the form of a three-dimensional frequency representation of the object can then be restored in any form: it is possible to simulate, using the representation known from the object constituted by the optical memory, the wave that would be obtained from any lighting or by any other reading method (at the wavelength used by the microscope). All types of optical memory can therefore be read by the present microscope, by means of the general case of additional operations allowing the reconstitution of the data from the frequency representation of the object constituted by the optical memory. In the case where the representation is not perfect, adequate precautions must be taken to take into account the shadow areas of the frequency representation of the object.
Claims (9)
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