WO2007017589A1 - Imagerie tomograph i que par microscope interférométrique à immersion - Google Patents

Imagerie tomograph i que par microscope interférométrique à immersion Download PDF

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WO2007017589A1
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light beam
focusing plane
separating means
interferometer
medium
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PCT/FR2006/001909
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Arnaud Dubois
Albert-Claude Boccara
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Centre National De La Recherche Scientifique-Cnrs
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    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/33—Immersion oils, or microscope systems or objectives for use with immersion fluids

Definitions

  • the present invention relates to the field of interferometry.
  • the present invention relates more particularly to an interferometry imaging device, specially adapted for performing tomographic imaging.
  • interferometric tomographic imaging devices comprising an interferometric device, for example of the Mirau, Michelson, or Linnik type, in which the light source has a small coherence length making it possible to locate the interference fringes in a thin slice of space of the order of coherence length.
  • interferometric device for example of the Mirau, Michelson, or Linnik type
  • the light source has a small coherence length making it possible to locate the interference fringes in a thin slice of space of the order of coherence length.
  • an offset between the focus plane of the objective and the plane corresponds to a zero path difference in the interferometer.
  • an immersion objective is disclosed, for example, in application US-A-2005/008663. This document discloses a method of analyzing a signal provided by an interferometric microscope in white light for the study of structures under the surface of an object.
  • the objective of the microscope may be an immersion microscope.
  • the document does not disclose how to prevent, at the object to be imaged, a shift between the objective focusing plane and the plane corresponds to a zero path difference in the interferometer.
  • the effects of chromatic dispersion differences between the two arms of the interferometer are taken into account in the analysis of the signals provided by the interferometric microscope, which means that these effects are not compensated.
  • EP-A-0503236 discloses an apparatus for performing high-resolution near-infrared imaging of the internal semiconductor wafer structure.
  • This apparatus comprises an optical device positioned near the plate.
  • This optical device may comprise a plano-convex lens.
  • the plano-convex lens can be separated from the plate by an optical coupling fluid to allow the plate to be moved under the lens.
  • One of the embodiments of EP-A-0503236 teaches that the plano-convex lens can be used within a Linnik interferometer.
  • the fluid disclosed by the application EP-A-0503236 does not compensate for differences between the two arms of the interferometer, and in particular the dispersion, and / or the difference in operation.
  • One of the aims of the present invention is therefore to reduce the dispersion between the two arms of the interferometer in the case of tomographic imaging and to coincide at best, at the level of the object to be imaged, the plan of implementation. point and the plane corresponding to a difference of zero market.
  • Another object of the present invention is also to allow better penetration of light into the object to be imaged.
  • the present invention intends to achieve these goals by proposing a device for the tomographic imaging of an object to be imaged, comprising a light source of coherence length substantially equal to the thickness of an object slice to be imaged, and a interferometric imaging system comprising at least one objective, a reference mirror (1) and a light beam splitting means (2), characterized in that said interferometric system is arranged so that said objective defines a first plane at the level of the slice of the object to be analyzed, and a second focusing plane at said reference mirror, and in that said interferometric imaging system comprises at least a first compensating medium (3a , 3b) positioned between said second focusing plane and said separating means, the thickness and the optical index of said compensating medium being chosen so that the optical path of the light beam from said light source between said first plane of illumination point and said separation means is substantially equal to the optical path of the light beam between said second focusing plane and said separation means, and so that the dispersion between said first focus plane and said separation means is substantially equal to the disper
  • said interferometric imaging system further comprises at least a third optical index and thickness medium chosen so that the optical path of the light beam coming from said light source between said first focusing plane and said separating means is substantially equal to the optical path of the light beam between said second focusing plane and said separating means, and so that the dispersion between said first focusing plane and said separating means is substantially equal to the dispersion of the light beam between said second focusing plane and said separating means.
  • the interferometric imaging system further comprises at least a second medium positioned between said first plan of placing at the point and said separation means, said second medium having optical properties substantially equal to the optical properties of said object to be analyzed.
  • said first medium has optical properties substantially equal to the optical properties of said object to be analyzed.
  • the device is particularly suitable when the object to be imaged is essentially composed of water.
  • the invention also relates to an interferometer for the tomographic imaging of a slice of an object, characterized in that it comprises a fixing means on an objective, a reference mirror, a light beam separation means, said interferometer being arranged such that said objective defines a first focusing plane at the level of the slice of the object to be analyzed, and a second focusing plane on the surface of said reference mirror, and in that said interferometer comprises at least a first compensating medium (3a, 3b) positioned between said second focusing plane and said separating means, the thickness and the optical index of said at least one compensating medium being chosen so that the optical path a light beam between said first focusing plane and said separating means is substantially equal to the optical path of the light beam between said second focusing plane and said means of separation, and such that the dispersion between said first focusing plane and said separating means is substantially equal to the dispersion of the light beam between said second focusing plane and said separating means.
  • a first compensating medium 3a, 3b
  • the fixing means allows adjustment of the interferometer on the lens, for example on a standard immersion lens.
  • said interferometric imaging system further comprises at least one at least one third optical index and thickness medium selected so that the optical path of the light beam from said light source between said first shot plane at the point and said separating means is substantially equal to the optical path of the light beam between said second focusing plane and said separating means, and so that the dispersion between said first focusing plane and said separating means is substantially equal to the dispersion of the light beam between said second focusing plane and said separating means.
  • FIGS. 1A, 1B and 1C illustrate devices interferometry according to the prior art
  • FIG. 2 illustrates a known immersion objective according to the prior art
  • Figure 3 illustrates an embodiment of the invention
  • FIG. 4 illustrates an embodiment of the invention in which an interferometric device is positioned on an immersion objective
  • FIG. 5 represents a schematic view of the compensating media according to the invention at the level of the reference arm and the object arm of the interferometer
  • FIGS. 6A and 6B show a schematic view of the compensating media according to the invention at the reference arm and the object arm of FIG.
  • the invention comprises an interferometric microscope.
  • a source 5 produces a light signal carried by a beam 6.
  • the light source 5 has a broad spectrum and therefore a short coherence length in order to observe interference for a difference in walk of the order of this length of coherence. This makes it possible to observe thin slices of the object 4 and thus to obtain a good axial resolution.
  • the coherence length of the source is typically of the order of a micrometer or a few micrometers, and the source is for example a filament lamp, a Xenon type arc or Mercury, or a light emitting diode.
  • the reference mirror 1 of the interferometric system according to the invention preferably has a reflection coefficient comparable to the overall reflectivity of the object to be observed in order to minimize the difference in amplitude of the signal coming from the mirror and the signal coming from the object.
  • the signal-to-noise ratio of the interference observed is optimized in this way.
  • a reflection coefficient mirror of the order of a percent or a few percent for the observation of living cells essentially composed of water, one chooses a reflection coefficient mirror of the order of a percent or a few percent.
  • the reference arm consisting of the area between the reference mirror 1 and the plane of the separator 2, and the object arm constituted by the zone between the separator 2 and the focus plane in object 4, as shown in Figure 5.
  • Z obj the position of the focus plane of the objective in the object arm. This plan is located in the object to be observed.
  • Z ref is the position of the focus plane of the lens in the reference arm. This plane is located on the surface of the reference mirror.
  • the compensating medium (s) is (are) then arranged (s) so that the optical paths in the two arms are identical, and that the two arms have substantially the same dispersion.
  • the optical path of Z ref to Z sep must therefore be substantially equal to the optical path from Z sep to Z obj .
  • the optical indices and the thicknesses of the media 3a, 3b, 3c, 3d are chosen so as to compensate for the dispersion and the optical path difference introduced by the passage of the light beam in the object at the object arm. in part 4a.
  • These media are then chosen so as to respect equations 1, 2 and 3. At least one of these compensating media is positioned in the reference arm so as to compensate for the passage through the object 4a.
  • At least one compensating medium that can vary in thickness when the lens moves and that the focus position is modified in order to maintain the equality of the dispersions and optical paths in both arms.
  • the medium is not necessarily placed in contact with the object to be analyzed and the media selected may have different optical characteristics from those of the object to be analyzed.
  • a first medium 3c is positioned in the object arm and in contact with the object, the optical characteristics of which are substantially identical to those of FIG. those of the object to be analyzed.
  • the object is a biological object, water or another liquid whose optical properties are close to water, such as PBS (Phosphate Buffer Saline), will preferably be chosen.
  • PBS Phosphate Buffer Saline
  • M this medium corresponding to the object and the middle 3c positioned in the object arm.
  • the medium 3a in the reference arm may for example simply be the same as the medium M, or any other compensating medium of fixed thickness to respect the equality of dispersions and optical paths between the object arm and the arm reference.
  • Other compensating media can also be added to both arms of the interferometer.
  • the two arms are thus immersed in water or a liquid with optical characteristics close to those of water, as in FIG. 4.
  • the compensating medium may also be a gel or any other material satisfying the conditions of equations 1, 2 and 3.
  • PBS Phosphate Buffer Saline
  • equations 1, 2 and 3 can be solved by a suitable program, possibly adding other constraints such as the reduction of optical aberrations.
  • the person skilled in the art is able to easily determine the indices and thicknesses of the materials to be used, as well as the position of the reference mirror in order to satisfy these conditions.
  • the number of distinct media can also be variable and chosen by those skilled in the art.
  • These compensating media may be liquids, gels, or special glasses.
  • the interference images are recorded by a matrix detector (not shown), for example of the CCD or CMOS camera type, and several phase-shifted interference images are recorded by the displacement of an element of the interferometer, for example the mirror. reference 1, or the entire interferometer.
  • the interferometer according to the invention is fixed, and for example screwed, on a microscope objective according to a variable height.
  • This embodiment is particularly advantageous since standard immersion objectives exist in common. Such objectives are, for example, illustrated in FIG. 2.
  • the purpose of the immersion medium used for these objectives is to avoid reflections on the surface of the object, as well as to increase the resolution of the objective.
  • an interferometer comprising a reference mirror, a separator and one or more compensating media so as to verify the conditions of equations (1), (2) and
  • a compensating medium is then positioned in the reference arm of the interferometer.
  • the compensating media of the interferometer are preferably water or a medium with optical characteristics close to those of water.
  • the invention is particularly suitable for optical coherence tomography ("Optical Coherence Tomography” or "OCT" in English).

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Abstract

Elle concerne un dispositif pour l'imagerie tomographique d'un objet à imager, comprenant une source de lumière de longueur de cohérence sensiblement égale à l'épaisseur d'une tranche d'objet à imager, et un système d'imagerie interférométrique comprenant au moins un objectif, un miroir de référence et un moyen de séparation de faisceaux lumineux, caractérisé en ce que ledit système interférométrique est agencé de sorte à ce que ledit objectif définisse un premier plan de mise au point au niveau de la couche de l'objet à analyser, et un second plan de mise au point au niveau dudit miroir de référence, et en ce que ledit système d'imagerie interférométrique comprend au moins un milieu compensateur positionné entre ledit second plan de mise au point et ledit moyen de séparation, l'épaisseur et l'indice optique dudit milieu compensateur étant choisis de sorte que le trajet optique du faisceau lumineux issu de ladite source de lumière entre ledit premier plan de mise au point et ledit moyen de séparation soit sensiblement égal au trajet optique du faisceau lumineux entre ledit second plan de mise au point et ledit moyen de séparation, et de sorte que la dispersion entre ledit premier plan de mise au point et ledit moyen de séparation soit sensiblement égale à la dispersion du faisceau lumineux entre ledit second plan de mise au point et ledit moyen de séparation.

Description

IMAGERIE TOMOGRAPHIQUE PAR MICROSCOPE INTERFÉROMÉTRIQUE
À IMMERSION
La présente invention se rapporte au domaine de 1 ' interférométrie .
La présente invention se rapporte plus particulièrement à un dispositif d'imagerie par interférométrie, spécialement adapté pour réaliser une imagerie tomographique .
L'art antérieur connaît déjà des dispositifs d'imagerie tomographique par interférométrie comprenant un dispositif interférométrique , par exemple de type Mirau, Michelson, ou Linnik dans lesquels la source de lumière présente une faible longueur de cohérence permettant de localiser les franges d'interférence dans une fine tranche de l'espace de l'ordre de la longueur de cohérence. Ces dispositifs de l'art antérieur sont par exemple illustrés figures IA, IB, et IC.
Cependant, dans de tels dispositifs, on observe une dispersion entre les deux bras de l ' interféromètre du fait qu'un des bras pénètre dans l'objet à imager, et l'autre non.
On observe d'autre part, au niveau de l'objet à imager, un décalage entre le plan de mise au point de l'objectif et le plan correspond à une différence de marche nulle dans l ' interféromètre .
Par ailleurs, si l'on utilise un objectif à immersion connu tel qu'illustré figure 2, le parcours de la lumière dans le milieu d'immersion entraîne une accentuation des phénomènes mentionnés ci-dessus.
L'utilisation d'un objectif à immersion est par exemple divulguée dans la demande US-A-2005/008663. Ce document divulgue une méthode d'analyse d'un signal fourni par un microscope interférométrique en lumière blanche pour l'étude de structures sous la surface d'un objet. Dans un mode de réalisation d'un microscope interférométrique divulgué dans ce document, l'objectif du microscope peut être un microscope à immersion.
Toutefois, le document ne divulgue pas comment empêcher, au niveau de l'objet à imager, un décalage entre le plan de mise au point de l'objectif et le plan correspond à une différence de marche nulle dans l ' interféromètre . Au contraire, on note que les effets d'écarts de dispersion chromatique entre les deux bras de l ' interféromètre sont pris en compte dans l'analyse des signaux fournis par le microscope interférométrique, ce qui signifie que ces effets ne sont pas compensés.
La demande EP-A-0503236 divulgue un appareil pour réaliser une imagerie haute résolution dans le proche infrarouge de la structure interne de plaque de semiconducteur. Cet appareil comprend un dispositif optique positionné à proximité de la plaque. Ce dispositif optique peut comprend une lentille plan-convexe. La lentille plan- convexe peut être séparée de la plaque par un fluide de couplage optique pour permettre à la plaque d'être déplacée sous la lentille. Un des modes de réalisation de la demande EP-A-0503236 enseigne que la lentille plan-convexe peut être utilisée au sein d'un interféromètre de Linnik. Toutefois , le fluide divulgué par la demande EP-A- 0503236 ne permet pas de compenser des différences entre les deux bras de l ' interféromètre, et notamment la dispersion, et/ou la différence de marche.
Un des buts de la présente invention est donc de réduire la dispersion entre les deux bras de 1 ' interféromètre dans le cas d'une imagerie tomographique et de faire coïncider au mieux, au niveau de l'objet à imager, le plan de mise au point et le plan correspondant à une différence de marche nulle.
Un autre but de la présente invention est également de permettre une meilleure pénétration de la lumière dans l'objet à imager.
La présente invention entend atteindre ces buts en proposant un dispositif pour l'imagerie tomographique d'un objet à imager, comprenant une source de lumière de longueur de cohérence sensiblement égale à l'épaisseur d'une tranche d'objet à imager, et un système d'imagerie interférométrique comprenant au moins un objectif, un miroir de référence (1) et un moyen de séparation de faisceaux lumineux (2), caractérisé en ce que ledit système interférométrique est agencé de sorte à ce que ledit objectif définisse un premier plan de mise au point au niveau de la tranche de l'objet à analyser, et un second plan de mise au point au niveau dudit miroir de référence, et en ce que ledit système d'imagerie interférométrique comprend au moins un premier milieu compensateur (3a, 3b) positionné entre ledit second plan de mise au point et ledit moyen de séparation, l'épaisseur et l'indice optique dudit milieu compensateur étant choisis de sorte que le trajet optique du faisceau lumineux issu de ladite source de lumière entre ledit premier plan de mise au point et ledit moyen de séparation soit sensiblement égal au trajet optique du faisceau lumineux entre ledit second plan de mise au point et ledit moyen de séparation, et de sorte que la dispersion entre ledit premier plan de mise au point et ledit moyen de séparation soit sensiblement égale à la dispersion du faisceau lumineux entre ledit second plan de mise au point et ledit moyen de séparation.
De préférence, ledit système d'imagerie interférométrique comprend en outre au moins un troisième milieu d'indice optique et d'épaisseur choisis de sorte que le trajet optique du faisceau lumineux issu de ladite source de lumière entre ledit premier plan de mise au point et ledit moyen de séparation soit sensiblement égal au trajet optique du faisceau lumineux entre ledit second plan de mise au point et ledit moyen de séparation, et de sorte que la dispersion entre ledit premier plan de mise au point et ledit moyen de séparation soit sensiblement égale à la dispersion du faisceau lumineux entre ledit second plan de mise au point et ledit moyen de séparation.
Afin de maintenir l'égalité des dispersions et des chemins optiques quel que soit le plan de mise point au niveau de l'objet à analyser, le système d'imagerie interférométrique comprend en outre au moins un second milieu positionné entre ledit premier plan de mise au point et ledit moyen de séparation, ledit second milieu ayant des propriétés optiques sensiblement égales aux propriétés optiques dudit objet à analyser.
Dans ce cas, selon un moyen simple ledit premier milieu possède des propriétés optiques sensiblement égales aux propriétés optiques dudit objet à analyser. Le dispositif est particulièrement adapté lorsque l'objet à imager est essentiellement composé d'eau.
L'invention concerne également un interféromètre destiné à l'imagerie tomographique d'une tranche d'un objet, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de fixation sur un objectif, un miroir de référence, un moyen de séparation de faisceaux lumineux, ledit interféromètre étant agencé de sorte que ledit objectif définisse un premier plan de mise au point au niveau de la tranche de l'objet à analyser, et un second plan de mise au point sur la surface dudit miroir de référence, et en ce que ledit interféromètre comprend au moins un premier milieu compensateur (3a, 3b) positionné entre ledit second plan de mise au point et ledit moyen de séparation, l'épaisseur et l'indice optique dudit au moins un milieu compensateur étant choisis de sorte que le trajet optique d'un faisceau lumineux entre ledit premier plan de mise au point et ledit moyen de séparation soit sensiblement égal au trajet optique du faisceau lumineux entre ledit second plan de mise au point et ledit moyen de séparation, et de sorte que la dispersion entre ledit premier plan de mise au point et ledit moyen de séparation soit sensiblement égale à la dispersion du faisceau lumineux entre ledit second plan de mise au point et ledit moyen de séparation.
Afin de maintenir l'égalité des dispersions et des chemins optiques quel que soit le plan de mise point au niveau de l'objet à analyser en outre au moins un second milieu positionné entre ledit premier plan de mise au point et ledit moyen de séparation, ledit (au moins un ?) second milieu ayant des propriétés optiques sensiblement égales aux propriétés optiques dudit objet à analyser. Avantageusement, le moyen de fixation permet un réglage de l ' interféromètre sur l'objectif, par exemple sur un objectif à immersion standard.
De préférence, ledit système d'imagerie interférométrique comprend en outre au moins un au moins un troisième milieu d'indice optique et d'épaisseur choisis de sorte que le trajet optique du faisceau lumineux issu de ladite source de lumière entre ledit premier plan de mise au point et ledit moyen de séparation soit sensiblement égal au trajet optique du faisceau lumineux entre ledit second plan de mise au point et ledit moyen de séparation, et de sorte que la dispersion entre ledit premier plan de mise au point et ledit moyen de séparation soit sensiblement égale à la dispersion du faisceau lumineux entre ledit second plan de mise au point et ledit moyen de séparation.
On comprendra mieux l'invention à l'aide de la description, faite ci-après à titre purement explicatif, d'un mode de réalisation de l'invention, en référence aux figures annexées : les figures IA, IB et IC illustrent des dispositifs interférométriques selon l'art antérieur ; la figure 2 illustre un objectif à immersion connu selon l'art antérieur ; la figure 3 illustre un mode de réalisation de l ' invention ; la figure 4 illustre un mode de réalisation de l'invention dans lequel un dispositif interférométrique est positionné sur un objectif à immersion ; la figure 5 représente une vue schématique des milieux compensateurs selon l'invention au niveau du bras de référence et du bras objet de l ' interféromètre ; les figures 6A et 6B représente une vue schématique des milieux compensateurs selon l'invention au niveau du bras de référence et du bras objet de
1 ' interféromètre lorsque le plan de mise au point est modifié au niveau de l'objet à analyser.
L'invention comprend un microscope interférométrique .
Illustré figure 3, on a représenté un objectif de type
Mirau, mais il est entendu que l'invention est également adaptable pour tout type d'objectifs interférométriques connus, par exemple de type Linnik ou Michelson.
Une source 5 produit un signal lumineux porté par un faisceau 6. De façon connue en soi pour l'imagerie tomographique , la source de lumière 5 a un spectre large et donc une faible longueur de cohérence afin d'observer des interférences pour une différence de marche de l'ordre de cette longueur de cohérence. Ceci permet d'observer des tranches fines de l'objet 4 et donc d'obtenir une bonne résolution axiale. La longueur de cohérence de la source est typiquement de l'ordre du micromètre ou quelques micromètres, et la source est par exemple une lampe à filament, un arc de type Xénon ou Mercure, ou une diode électroluminescence .
Le miroir de référence 1 du système interférométrique selon l'invention possède de préférence un coefficient de réflexion comparable à la réflectivité globale de l'objet à observer afin de minimiser la différence d'amplitude du signal issu du miroir et du signal issu de l'objet. Le rapport signal sur bruit des interférences observées est de cette façon optimisé. En particulier, pour l'observation de cellules vivantes essentiellement composées d'eau, on choisit un miroir de coefficient de réflexion de l'ordre du pourcent ou de quelques pourcents.
Dans l ' interféromètre selon l'invention, on définit d'une part le bras référence, constitué par la zone entre le miroir de référence 1 et le plan de la séparatrice 2, et le bras objet constitué par la zone entre la séparatrice 2 et le plan de mise au point dans l'objet 4, comme illustré figure 5.
On définit également Zobj la position du plan de mise au point de l'objectif dans le bras objet. Ce plan est situé dans l'objet à observer. Zréf est la position du plan de mise au point de l'objectif dans le bras de référence. Ce plan est situé sur la surface du miroir de référence.
Le (ou les) milieu(x) compensateur (s) est (sont) alors agencé(s) de sorte que les chemins optiques dans les deux bras soient identiques, et que les deux bras aient sensiblement la même dispersion.
En notant Zsép la position de la séparatrice 2, le trajet optique de Zréf a Zsép doit donc être sensiblement égal au trajet optique de Zsép à Zobj.
Soient alors (zrê£)i et (nréf).j , respectivement les épaisseurs et indices optiques des milieux compensateurs dans le bras de référence, et (zObj)i et (n obj)i respectivement les épaisseurs et indices optiques des milieux compensateurs dans le bras objet, la condition d'égalité des chemins optiques se traduit comme suit : Équation 1 :
Figure imgf000011_0001
La condition d'égalité de la dispersion dans les deux bras s'écrit approximativement :
Équation 2 :
Figure imgf000011_0002
La condition de formation des images dans l'objet et sur le miroir de référence s'écrit, dans les conditions de Gauss, comme :
Équation 3 :
Figure imgf000011_0003
D'autres équations plus complexes peuvent également être utilisées pour traduire les conditions d'égalités des chemins optiques, de dispersion et de mise au point. Ces équations sont connues de l'homme du métier dans le domaine de la propagation de la lumière. Ces équations plus précises peuvent être utilisées afin d'obtenir des solutions plus fines, et il est entendu que les équations (1), (2) et (3) ne sont données ici qu'à titre d'exemple non limitatif.
Comme illustré figure 5, les indices optiques et les épaisseurs des milieux 3a, 3b, 3c, 3d sont choisis de sorte à compenser la dispersion et la différence de trajet optique introduites par le passage du faisceau lumineux dans l'objet au niveau du bras objet dans la partie 4a. Ces milieux sont alors choisis de sorte à respecter les équations 1, 2 et 3. Au moins un de ces milieux compensateurs est positionné dans le bras de référence de sorte à compenser le passage par l'objet 4a.
Par ailleurs, comme illustré figures 6A et 6B, lorsque l'on désire modifier la tranche à analyser en passant d'une position Zobj à Z'obj, les conditions d'épaisseur dans le bras objet sont modifiées. Il est alors avantageux de maintenir l'égalité des dispersions et des chemins optiques dans les deux bras suite à ce déplacement.
Selon un premier mode de mise en œuvre non représenté, on peut utiliser au moins un milieu compensateur qui puisse varier en épaisseur lorsque l'objectif se déplace et que la position de mise au point est modifiée afin de maintenir l'égalité des dispersions et des chemins optiques dans les deux bras. Dans ce cas, le milieu n'est pas nécessairement placé au contact de l'objet à analyser et les milieux choisis peuvent avoir des caractéristiques optiques différentes de celles de l'objet à analyser.
Selon un second mode de réalisation plus simple illustré figure 6A et 6B, on positionne dans le bras objet et au contact de l'objet, un premier milieu 3c dont les caractéristiques optiques sont sensiblement identiques à celles de l'objet à analyser. Par exemple, si l'objet est un objet biologique, on choisira de préférence de l'eau ou un autre liquide dont les propriétés optiques sont proches de l'eau comme le PBS (Phosphate Buffer Saline). On appellera M ce milieu correspondant à l'objet et au milieu 3c positionné dans le bras objet. De la sorte, lorsque la mise au point est faite sur une nouvelle tranche (passage de la figure 6A à la figure 6B), le trajet optique et la dispersion entre la séparatrice 2 et le plan de mise au point n'a quasiment pas changé.
Il est donc possible de compenser la traversée de l'épaisseur B par un milieu d'épaisseur fixe 3a positionné dans le bras de référence, et ce quelle que soit la tranche d'objet analysée.
Le milieu 3a dans le bras de référence peut par exemple de façon simple être le même que le milieu M, ou tout autre milieu compensateur d'épaisseur fixe permettant de respecter l'égalité des dispersions et des chemins optiques entre le bras objet et le bras de référence. D'autres milieux compensateurs peuvent également être rajoutés dans les deux bras de l ' interféromètre .
Selon un mode de réalisation de l'invention particulièrement adapté pour l'imagerie tomographique des cellules vivantes, on immerge donc les deux bras dans de l'eau ou un liquide de caractéristiques optiques proches de celles de l'eau comme sur la figure 4.
En effet, les cellules étant en majorité constituées d'eau, les deux bras étant plongés dans l'eau, les équations 1, 2 et 3 sont satisfaites. L'imagerie des cellules vivantes peut alors être réalisée de façon satisfaisante. Selon d'autres variantes de l'invention et l'objet à analyser, le milieu compensateur peut aussi être un gel ou tout autre matériau satisfaisant les conditions des équations 1, 2 et 3.
II est cependant entendu qu'à la place de l'eau, on peut également utiliser un autre liquide ayant des caractéristiques optiques proches de l'eau, comme par exemple du PBS (Phosphate Buffer Saline).
II est entendu les équations 1, 2 et 3 peuvent être résolues par un programme adapté, en ajoutant éventuellement d'autres contraintes comme la réduction des aberrations optiques .
D'autres équations associées aux contraintes de dispersion, de chemin optique et de mise au point peuvent également être résolues par des logiciels qui calculent précisément la propagation des rayons, les trajets optiques, la dispersion, les aberrations et permettent ainsi des optimisations .
Selon l'invention, on utilise éventuellement des objectifs spéciaux conçus pour minimiser les aberrations introduites par les milieux placés dans les bras de l ' interféromètre . Dans le cas où l'on place de l'eau (ou un milieu présentant des caractéristiques optiques proches de l'eau) dans les deux bras de l ' interféromètre , il suffit d'utiliser un objectif à immersion à eau tels que ceux connus de l'art antérieur.
L'homme du métier est apte à déterminer facilement les indices et épaisseurs des matériaux à utiliser, ainsi que la position du miroir de référence afin de satisfaire ces conditions. Le nombre de milieux distincts peut aussi être variable et choisi par l'homme du métier.
Ces milieux compensateurs peuvent être des liquides, des gels, ou des verres spéciaux.
Les images d'interférence sont enregistrées par un détecteur matriciel (non représenté), par exemple de type caméra CCD ou CMOS, et on enregistre plusieurs images d'interférence déphasées par le déplacement d'un élément de l'interféromètre, par exemple le miroir de référence 1, ou l'ensemble de l'interféromètre. Dans ce dernier cas, l'interféromètre selon l'invention est fixé, et par exemple vissé, sur un objectif de microscope selon une hauteur variable.
Ce mode de réalisation est particulièrement avantageux puisque des objectifs à immersion standard existent de façon commune. De tels objectifs sont par exemples illustrés figure 2. Le milieu d'immersion utilisé pour ces objectifs a comme fonction d'éviter les réflexions sur la surface de l'objet, ainsi que d'augmenter la résolution de l'objectif.
On vient alors fixer sur un tel objectif, un interféromètre comprenant un miroir de référence, une séparatrice et un ou plusieurs milieux compensateurs de sorte à vérifier les conditions des équations (1), (2) et
(3) comme précédemment décrit. Un milieu compensateur est alors positionné dans le bras de référence de l ' interféromètre .
Si l'objectif est à immersion à eau, et que l'objet à analyser est essentiellement constitué d'eau, les milieux compensateurs de l'interféromètre sont de préférence de l'eau ou un milieu présentant des caractéristiques optiques proches de celles de l'eau.
De la sorte, les trajets parcourus par la lumière entre la séparatrice et le miroir de référence et entre la séparatrice et la tranche de l'objet à observer s'effectuent dans des milieux quasiment identiques.
La combinaison d'images interférométriques déphasées permet alors de calculer le signal interférométrique , ce qui conduit à une image tomographique .
De préférence, après acquisition d'une pile d'images tomographiques, on peut reconstruire l'objet observé de façon tridimensionnelle.
L'homme du métier comprendra aisément que l'invention a été décrite et illustrée dans le cas d'un interféromètre de type Mirau, mais que tout type d' interféromètre peut être utilisé. En particulier, dans le cas d'un interféromètre de Michelson, les bras de l ' interféromètre font un angle de 90° au lieu d'être selon un axe comme dans le cas du Mirau.
L'invention est particulièrement adaptée à l'imagerie tomographique par cohérence optique (« Optical Cohérence Tomography » ou « OCT » en anglais).

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif pour l'imagerie tomographique d'un objet à imager, comprenant une source de lumière de longueur de cohérence sensiblement égale à l'épaisseur d'une tranche d'objet à imager, et un système d'imagerie interférométrique comprenant au moins un objectif, un miroir de référence (1) et un moyen de séparation de faisceaux lumineux (2), caractérisé en ce que ledit système interférométrique est agencé de sorte à ce que ledit objectif définisse un premier plan de mise au point au niveau de la tranche de l'objet à analyser, et un second plan de mise au point au niveau dudit miroir de référence, et en ce que ledit système d'imagerie interférométrique comprend au moins un premier milieu compensateur (3a, 3b) positionné entre ledit second plan de mise au point et ledit moyen de séparation, l'épaisseur et l'indice optique dudit milieu compensateur étant choisis de sorte que le trajet optique du faisceau lumineux issu de ladite source de lumière entre ledit premier plan de mise au point et ledit moyen de séparation soit sensiblement égal au trajet optique du faisceau lumineux entre ledit second plan de mise au point et ledit moyen de séparation, et de sorte que la dispersion entre ledit premier plan de mise au point et ledit moyen de séparation soit sensiblement égale à la dispersion du faisceau lumineux entre ledit second plan de mise au point et ledit moyen de séparation.
2. Dispositif pour l'imagerie tomographique selon la revendication 1, dans lequel ledit système d'imagerie interférométrique comprend en outre un second milieu positionné entre ledit premier plan de mise au point et ledit moyen de séparation, au contact de l'objet, ledit au moins un second milieu ayant des propriétés optiques sensiblement égales aux propriétés optiques dudit objet à analyser.
3. Dispositif pour l'imagerie tomographique selon les revendications 2, dans lequel ledit système d'imagerie interférométrique comprend en outre au moins un troisième milieu d'indice optique et d'épaisseur choisis de sorte que le trajet optique du faisceau lumineux issu de ladite source de lumière entre ledit premier plan de mise au point et ledit moyen de séparation soit sensiblement égal au trajet optique du faisceau lumineux entre ledit second plan de mise au point et ledit moyen de séparation, et de sorte que la dispersion entre ledit premier plan de mise au point et ledit moyen de séparation soit sensiblement égale à la dispersion du faisceau lumineux entre ledit second plan de mise au point et ledit moyen de séparation.
4. Dispositif pour l'imagerie tomographique selon la revendication 2, dans lequel ledit premier milieu possède des propriétés optiques sensiblement égales aux propriétés optiques dudit objet à analyser.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel ledit objet à imager est essentiellement composé d'eau.
6. Dispositif selon la revendication 1, comprenant en outre au moins un second milieu positionné entre ledit premier plan de mise au point et ledit moyen de séparation, au moins un desdits premier et second milieu ayant une épaisseur variable.
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel ledit système d'imagerie interférométrique est un interféromètre de Mirau.
8. Interféromètre destiné à l ' imagerie tomographique d'une tranche d'un objet, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de fixation sur un objectif, un miroir de référence, un moyen de séparation de faisceaux lumineux, ledit interféromètre étant agencé de sorte que ledit objectif définisse un premier plan de mise au point au niveau de la tranche de l'objet à analyser, et un second plan de mise au point sur la surface dudit miroir de référence, et en ce que ledit interféromètre comprend au moins un premier milieu compensateur (3a, 3b) positionné entre ledit second plan de mise au point et ledit moyen de séparation, l'épaisseur et l'indice optique dudit milieu compensateur étant choisis de sorte que le trajet optique d'un faisceau lumineux entre ledit premier plan de mise au point et ledit moyen de séparation soit sensiblement égal au trajet optique du faisceau lumineux entre ledit second plan de mise au point et ledit moyen de séparation, et de sorte que la dispersion entre ledit premier plan de mise au point et ledit moyen de séparation soit sensiblement égale à la dispersion du faisceau lumineux entre ledit second plan de mise au point et ledit moyen de séparation.
9. Interféromètre selon la revendication 8, comprenant en outre un second milieu positionné entre ledit premier plan de mise au point et ledit moyen de séparation au contact de l'objet, ledit second milieu ayant des propriétés optiques sensiblement égales aux propriétés optiques dudit objet à analyser.
10. Interféromètres selon la revendication 9, dans lequel ledit système d'imagerie interférométrique comprend en outre au moins un troisième milieu d'indice optique et d'épaisseur choisis de sorte que le trajet optique du faisceau lumineux issu de ladite source de lumière entre ledit premier plan de mise au point et ledit moyen de séparation soit sensiblement égal au trajet optique du faisceau lumineux entre ledit second plan de mise au point et ledit moyen de séparation, et de sorte que la dispersion entre ledit premier plan de mise au point et ledit moyen de séparation soit sensiblement égale à la dispersion du faisceau lumineux entre ledit second plan de mise au point et ledit moyen de séparation.
11. Interféromètre selon la revendication 8, comprenant en outre au moins un second milieu positionné entre ledit premier plan de mise au point et ledit moyen de séparation, au moins un desdits premier et second milieu ayant une épaisseur variable.
12. Interféromètre selon la revendication 8, caractérisé en ce que le moyen de fixation permet un réglage de la position dudit interféromètre par rapport audit objectif.
13. Interféromètre selon la revendication 8 caractérisé ce qu'il est fixé sur un objectif à immersion.
14. Interféromètre selon la revendication 8 caractérisé ce qu'il est fixé sur un objectif comprenant un moyen de correction des aberrations introduites par les différents éléments de l ' interféromètre et par la pénétration dans l'objet.
15. Interféromètre selon l'une des revendications 8 à , ledit interféromètre étant un interféromètre de Mirau.
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