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DISPOSITIF POUR L" OBSERVATION EN CONTRASTE DE PHASEo (Invention FRANCON & NOMARSKI).
On sait que la méthode d'observation par contraste de phase per- met l'examen de petits objets parfaitement transparents, invisibles par les procédés ordinaires d'observation.
Le principe est le suivant
Si une onde plane, produite par une source lumineuse ponctuelle située à l'infini, par exemple grâce à un dispositif collimateur, traverse un milieu transparent comportant de petites variations d'épaisseur ou d'in- dice, ces variations modifient localement la phase de la lumière émergente et elles deviennent visibles à travers l'instrument lorsque, par un dispo- sitif approprié, ces variations de phase sont traduites en variations d'in- tensité lumineuse.
Plusieurs dispositifs déjà connus permettent d'atteindre ce but.
Dans le cas de l'observation microscopique, ces dispositifs comportent une lame dite "lame de phase" qui doit être placée sur l'image de la source lumineuse donnée par l'objectif. Une telle nécessité entraine, en général, de sérieux inconvénients, parmi lesquels on peut citer les suivants
1 ) Dans la presque totalité des objectifs actuels de micros- cope, le foyer est à l'intérieur même de l'objectif. La transformation d'un objectif ordinaire en objectif à contraste de phase nécessite donc un démon- tage et un remontage des lentilles de l'objectif, ce qui est une opération extrêmement délicate, si l'on désire conserver à l'objectif toutes ses qua- lités.
2 ) L'objectif a été corrigé pour donner de bonnes images d'un objet situé au voisinage de son plan focal objet et non pour des objets à l'infini. L'image de la source est donc généralement mauvaise, présente de multiples aberrations et la lame de phase ne peut masquer l'ensemble. Les rayons diffractés par l'objet transparent sont donc accompagnés de rayons directs dûs aux aberrations. Ces effets sont encore aggravés par les
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défauts introduits par le condenseur utilisé comme collimateur.
3 ) Enfin, la traversée de l'objectif par l'onde directe donne naissance à une lumière parasite importante, celle-ci étant due non seulement aux aberrations mais aux réflexions parasites.
Le dispositif objet de l'invention se propose de remédier à tous ces inconvénients. Il est extérieur au microscope et fournit une image en contraste de phase que l'on peut observer directement. Le dispositif présen- te donc le très grand avantage de permettre la transformation immédiate d'un microscope ordinaire en microscope à contraste de phase, sans aucun démon- tage.
Ce dispositif est fondamentalement constitué par une demi-sphère en matière transparente, séparée en deux parties suivant un plan parallèle à sa base et situé à une distance de cette dernière, sensiblement égal à la moitié du rayon de la demi-sphère, ces deux parties étant réunies à nouveau, pour reformer la demi-sphère, avec interposition, sur leur surface de sépa- ration, d'une couche de matière semi-transparente, semi-réfléchissante, tel- le qu'une couche d'oxyde de titane, une lame de phase, sensiblement centrée sur l'axe passant par le centre et le sommet de la demi-sphère, étant dis- posée entre les dites parties, et la partie supérieurs de la calotte sphé- rique étant recouverte d'une couche de matière réfléchissante, à l'excep- tion d'une plage située au sommet de cette calotte.
La partie centrale de la lame de phase peut être rendue opaque et, dans ce cas, la plage non réfléchissante ménagée au sommet de la demi- sphère peut présenter sensiblement les mêmes dimensions que cette partie opa- que.
Le dispositif conforme à l'invention se place entre l'objet à examiner et l'objectif du microscope ou instrument analogue d'observation.
L'objet étant placé contre la base du dispositif, il se forme, au sommet de ce dernier, une image en contraste de phase, directement observable.
La lame de phase, qui est avantageusement une lame annulaire, peut être disposée de façon à être traversée par le faisceau de rayons lu- mineux direct provenant d'un condenseur placé sous le dispositif, et être combinée avec des lames transparentes dont l'indice est très différent de celui de la lame de phase, et qui couvrent le reste de la surface de séparation des deux parties de la sphère, pour recevoir les rayons diffrac- tés par l'objet, l'ensemble des lames susmentionnées étant agencé pour que la lame de phase reçoive le faisceau direct sous l'incidence brewstérienne, et qu'un rayon direct ayant traversé la lame de phase présente une diffé- rence de phase de II par rapport à un rayon diffracté ayant traversé les
2 autres lames.
L'invention est décrite ci-après en se référant aux dessins annexés dans lesquels fig. 1 est une coupe axiale schématique d'un premier mode de réalisation de l'invention; fige 2 est une coupe analogue d'un second mode de réalisation de l'invention.
Dans l'exemple représenté à la fige 1, une demi-sphère trans- parente est divisée en deux parties 1 et 2 par un plan 3 parallèle à la base 4 et situé approximativement à égale distance du sommet 5 et du centre 6 de la sphère. On dépose, sur le cercle représentant la section de la demi-sphère par le plan 3, une couche semi-transparente, semi-réfléchissan- te telle qu'une couche d'oxyde de titane et on place, au centre, une lame formée d'une partie centrale opaque 7 entourée d'une lame de phase annulai- re 8.
Les deux parties 1 et 2 de la demi-sphère sont ensuite recollées et la calotte sphérique 2 est rendue réfléchissante par dépôt d'aluminium, par exemple, sauf sur une petite région entourant le sommet 5 et ayant très sensiblement même surface que la partie opaque 7 de la lame de phase.
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Le fonctionnement du dispositif est alors le suivant :
L'objet à examiner est placé au voisinage du centre 6 de la demi-sphère. Il reçoit un faisceau lumineux provenant d'une source, dont un condenseur donne une image sur la lame de phase 7 - 8. Ni la source, ni le condenseur ne sont représentés à la fig, 1.
Les trajets des rayons sont les suivants
1 ) Lumière directe. - La fraction de lumière directe rencôn- trant la zone centrale opaque 7 de la lame de phase se réfléchit partiel- lement vers le bas., mais ne traverse pas la zone transparente 5 et ne peut, par conséquent, pénétrer dans l'objectif 9 du microscope. Un rayon lumi- neux direct qui traverse la zone transparente annulaire 8 de la lame de phase se réfléchit sur la surface réfléchissante courbe, revient sur lui- même, se réfléchit à nouveau partiellement sur la surface semi-réfléchissan- te et sort en 5 pour pénétrer dans l'objectif du microscope.
2 ) Lumière diffractée.- Si on considère maintenant le trajet suivi par un rayon 10 diffracté par l'objet transparent situé en 6, on constate qu'une partie du rayonnement traverse, en 11, sans déviation, la couche semi-réfléchissante, atteint en 12 la calotte sphérique réfléchis- sante, s'y réfléchit en revenant sur elle-même, se réfléchit ensuite par- tiellement sur la couche semi-réfléchissante et quitte la demi-sphère en 5, puis pénètre dans l'objectif 9.
Tous les rayons issus d'un point déterminé de l'objet voisin du centre 6 vont ainsi passer rigoureusement par un même point voisin du sommet 5.
Le dispositif effectue donc un transport rigoureusement stig- matique et aplanétique de l'objet et permet de placer la lame de phase avant le système optique d'observation. L'image résultant de ce transport est une image en contraste de phase directement observable.
En particulier, elle peut être observée à l'aide d'une loupe ou d'un microscope ordinaire n'ayant subi aucune transformation. Le passa- ge de l'observation ordinaire à l'observation en contraste de phase est donc particulièrement aisé.
@ Il suffit d'intercaler le dispositif qui vient d'être décrit entre le condenseur et l'objectif du microscope, la préparation venant en 6.
Ce dispositif peut s'adapter aussi bien sur les objectifs à sec que sur les objectifs à immersion et permet d'utiliser des ouvertu- . res numériques allant jusqu'à 1,35.
A la figure 2, on reconnait la demi-sphère de verre 1,2, de diamètre NN', coupée en deux par le plan parallèle HH' situé à égale dis- tance de 0 et de 0' .
La partie HH" appartenant à la partie supérieure 2 est recou- verte d'une couche d'épaisseur convenable d'un produit semi-transparent et porte la lame de phase annulaire Q. On recolle les deux moitiés de la demi-sphère et on argente la face courbe HO'H' sauf sur une petite région avoisinant le sommet 0'. La préparation transparente à observer étant en 0, on forme l'image de la source annulaire sur la lame Q, de sorte que le trajet suivi par la lumière d'éclairage est le trajet OQMQO'. Le trajet suivi par la lumière diffractée est identique, mais couvre toute la sur- face HH'. On a représenté en pointillé un rayon diffracté OM', qui se réflé- chit sur lui-même en M'. Grâce à la couche mince déposée sur HH" (oxyde de titane ou trisulfure d'antimoine par exemple), le quart de la lumière dif- fractée arrive en 0'.
On obtient ainsi en 0' une.image de la préparation déjà en contraste de phase. Cette image rigoureusement stigmatique et apla- nétique peut être observée par un microscope ordinaire.
Suivant la présente invention, la lame de phase Q est consti- tuée par une ou plusieurs lames minces baignées par le milieu verre ou par
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le baume, et le reste du plan HH' est lui aussi recouvert par une ou plu- sieurs lames minces P.
Les lames Q et P sont. telles qu'un rayon direct qui traverse la lame Q présente une différence de phase de Ò par rapport à un
2 rayon diffracté quelconque ayant traversé la ou les lames P.
Le ou les lames P sont choisies de telle sorte que la lumière transmise ait même intensité que la lumière réfléchie. Dans ces conditions, le quart de la lumière incidente arrive finalement en 0'.
Selon une autre caractéristique importante, la lumière directe tombe sur la lame de phase Q sous l'incidence brewstérienne. On choisit une lame P d'indice très différent de celui de la lame Q, de telle sorte que l'on soit loin de l'incidence brewstérienne pour les rayons tombant sur la lame P (rayons diffractés).
On congoit que, si la lumière incidente est polarisée rectili- gnement, seules certaines régions de la lame Q subiront l'extinction totale.
Mais, par une polarisation préalable et convenable du faisceau éclairant, il est possible de faire varier le facteur de réflexion de la la- me Q, sans changer celui de la lame P, donc d'obtenir une absorption appa- rente de l'anneau de phase Q. Pour atteindre ce résultat, on peut utiliser le dispositif représenté à la partie inférieure de la figure 2. Ce dispo- sitif est en réalité inclus dans le condenseur d'Abbe, il comporte :
1 ) Un polariseur R tel qu'un "Polaroïd" placé à l'entrée du condenseur et pouvant tourner dans son plan, ce polariseur étant précédé d'un diaphragme D.
2 ) Une lame demi-onde tronconique C qui peut avantageusement être constituée par une feuille de matière plastique, telle qu'une feuille de cellophane. Cette lame C est placée dans la première lentille du con- denseur d'Abbé qui comporte alors, dans ce but, deux parties séparées, ainsi que cela :est représenté sur le dessin annexé. Le tronc de cône a pour angle au sommet un angle de 60 , de façon que le rayonnement direct pénètre dans la lame demi-onde à peu près normalement.
Le calcul montre et l'expérience prouve que l'on peut alors obtenir l'extinction totale simultanément pour l'ensemble de tous les points de la lame Q et non plus pour les deux zones diamétralement oppo- sées. La variation d'absorption du faisceau direct s'effectuera par sim- ple rotation du polariseur R.
Le dispositif qui vient d'être décrit présente, entre autres avantages, celui de permettre l'absorption du faisceau direct avant l'en- trée du microscope et élimine ainsi toutes causes de lumière parasite.
A titre d'exemple, la lame mince annulaire Q peut être une lame de cryolithe déposée par évaporation sur la face plane de la moitié supérieure du dispositif. Ses dimensions et sa position sont telles que l'angle moyen d'ouverture Uo soit égal à 42 . Cette lame introduit une différence de marche de # pour l'incidence de 42 .
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La lame P peut être une lame de trisulfure d'antimoine d'épais- seur #. également déposée par évaporation.
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REVENDICATIONS.
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