CH290646A - Dispositif pour l'observation en contraste de phase. - Google Patents

Description

Dispositif pour 1'observation en contraste de Phase. 0n sait que la methode d'observation par contraste de Phase permet 1'examen de petits objets parfaitement transparents, invisibles par les procedes ordinaires d'observation.

Le principe est 1e suivant: Si ime onde plane, produite par une source lumineuse ponctuelle situee ä 1'infini, par exemple gräce ä un dispositif collimateur, traverse un milieu transparent comportant de petites variations d'epaisseiir ou d'indice de refection, ces variations modifient localement la Phase de la lumiere emergente et elles de- v iennent visibles ä travers 1'instrument lors- que, par un dispositif approprie, ces varia- tions de Phase sont traduites en variations d'intensite lumineuse.

Plusieurs dispositifs dejä connus permet- tent d'atteindre ce but. Dans 1e cas de 1'obser- v ation microseopique, ces dispositifs compor- tent une laure dite läme de Phase plaeee sur 1'image de la source lumineuse donnee par 1'objectif. Cet emplacement entraine, en g6ne- ral, de serieux inconvenients, parmi lesquels an peut citer les suivants: 1 Dans la presque totalite des objeetifs actuels de microscope, 1e foyer est ä 1'inte- rieur meme de 1'objectif. La transformation d'un objectif ordinaire en objectif ä contraste de Phase necessite donc un demontage et un remontage des lentilles de 1'objectif, ce qui est une operation extremement delicate, si 1'on desire conserver ä 1'objectif toutes ses qualites.

2 L'objectif a ete corrige pour donner de bonnes images d'un objet situe au voisinage de son plan focal objet et non pour des objets ä 1'infini. L'image de la source est donc gene- ralement mauvaise, presente de multiples aberrations et la laure de Phase ne peut mas- quer 1'ensemble. Les rayons ,diffractes par 1'objet transparent sont donc aecompagnes de rayons directs dus aux aberrations. Ces effets sont encore aggraves par les defauts intro- duits par 1e eondenseiir utilise comme colli- mateur.

3 Enfin, la traversee de 1'objectif par 1'onde directe donne naissance ä une lunmiere parasite importante, celle-ei etant due non seulement aux aberrations, mais aux reflexions parasites.

Le dispositif objet de 1'invention permet de remedier ä tous ces inconvenients. Il four- nit une image en contraste de Phase que 1'on peut observer soit directement, soit ä 1'aide d'un instrument tel qu'un microscope ou une > loupe. Il presente donc 1e tres grand avan- tage de permettre la transformation imme- diate d'un microscope ordinaire en micros- cope ä eontraste de Phase sans aueun de- montage.

Ce dispositif est caracterise par une demi- sphere en matiere transparente, .constituee par deux parties séparées suivant un plan parallèle à sa base et situé à une distance de cette dernière, qui est sensiblement égale à la moitié du rayon de la demi-sphère, une couche de matière semi-transparente, semi-réfléchis- sante, recouvrant la surface séparant. l'une de ces parties de l'autre, une lame .de phase, sen siblement centrée sur l'axe passant par le centre et le sommet de la demi-sphère, étant disposée entre lesdites parties, et la partie supérieure de la calotte sphérique étant recouverte d'une couche de matière réfléchis sante, à l'exception 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 sensible ment les mêmes dimensions que cette partie opaque.

Le dispositif conforme à l'invention se place entre l'objet à examiner et l'objectif du microscope ou instrument analogue d'ob servation. L'objet étant placé contre la base du dispositif, il se forme, au sommet de ce dernier, une image en contraste de phase, di rectement observable.

Le dispositif peut comprendre un con- denseur disposé en avant de la base de la demi-sphère et coaxialement avec cette der nière, tandis que la lame de phase, qui est avantageusement une lame annulaire, peut être disposée de façon à être traversée par le faisceau des rayons lumineux directs prove nant de ce condenseur 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 diffractés 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 pré sente une différence de phase de

par rap port à un rayon diffracté ayant traversé les autres lames. L'invention est décrite ci-après en se réfé rant aux dessins annexés dans lesquels Fig. 1 est une coupe axiale schématique d'un premier mode de réalisation de l'inven tion.

Fig. 2 est tune coupe analogue d'un second mode de réalisation de l'invention.

Dans l'exemple représenté à la fig. 1, une demi-sphère transparenté 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-réfléchis- sante 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 annulaire 8. Les deux parties 1 et 2 de la demi-sphère sont ensuite recollées et la calotte sphérique 2 est rendue réfléchis sante par dépôt d'aluminium, par exemple, sauf sur une petite région entourant le som met 5 et ayant très sensiblement même sur face que la partie opaque 7 de la lame de phase.

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 con- denseur ne sont représentés à la fig. 1.

Les trajets des rayons sont les suivants: .T <I>Lumière directe.</I> - La fraction de lu mière directe rencontrant la zone centrale opaque 7 de la lame de phase se réfléchit par tiellement vers le bas, mais ne traverse pas la zone transparente 5 et ne peut, par consé quent, pénétrer dans l'objectif 9 du micros cope. Un rayon lumineux direct. qui traverse la zone transparente annulaire 8 de la lame de phase se réfléchit sur la surface réfléchis sante courbe, revient sur lui-même, se réflé chit à nouveau partiellement sur la surface semi-réfléchissante et sort en 5 pour pénétrer dans l'objectif du microscope. <I>2 Lumière diffractée. -</I> 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 sphé rique réfléchissante, s'y réfléchit en revenant sur elle-même, se réfléchit ensuite partielle ment 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 déter miné 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 stigmatique 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 ob servable.

En particulier, elle peut être observée à l'aide d'une loupe ou d'un microscope ordi naire n'ayant subi aucune transformation. Le passage de l'observation ordinaire à l'obser vation en contraste de phase est donc parti- eulièrement 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 im mersion et permet d'utiliser des ouvertures numériques allant jusqu'à 1,35.

A la fig. 2, on reconnaît la demi-sphère de verre 1, 2, de diamètre<I>NY,</I> 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 su périeure 2 est recouverte d'une couche d'épais seur convenable d'un produit semi-transpa- rent 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 de lumière annulaire sur la lame Q, de sorte que le tra jet suivi par la lumière directe est le trajet OQMQO'. Le trajet suivi par la lumière dif fractée est identique, mais couvre toute la surface HH'. On a représenté en pointillé un rayon diffracté<B>OH,</B> qui se réfléchit sur lui- même en Jl'. Grâce à la couche mince déposée sur HH' (oxyde de titane ou trisulfure d'anti moine par exemple), le quart de la lumière diffractée arrive en 0'. On obtient ainsi en 0' une image de la préparation déjà en contraste de phase. Cette image rigoureusement stigma tique et aplanétique peut être observée par un microscope ordinaire.

La lame de phase Q est constituée par une ou plusieurs lames minces baignées par le mi lieu verre ou par 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 dif férence de phase de

par rapport à un rayon diffracté quelconque ayant traversé la ou les lames P.

La ou les lames P sont choisies de telle sorte que la lumière transmise ait même inten sité que la lumière réfléchie. Dans ces condi tions, le quart de la lumière incidente arrive finalement en 0'.

Avantageusement, 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 brewsté- rienne pour les rayons tombant sur la lame P (rayons diffractés).

L'incidence brewstérienne étant celle qui donne lieu à la polarisation totale de la lu mière qui traverse alors la lame Q, chaque rayon de lumière directe se trouve polarisé dans son plan d'incidence, c'est-à-dire un plan passant sensiblement par l'axe 00' de la demi-sphère. Ceci signifie que les rayons qui ont passé à travers la lame Q arrivent en 0' avec des directions de polarisation qui va rient d'un rayon au rayon voisin et qui repré sentent tous les angles possibles compris entre 0 et 360 lorsque l'on tourne autour de l'axe 00'. Ainsi les rayons directs contenus dans le plan de la fig. 2 se trouveront polarisés dans ce plan, tandis que les rayons directs contenus dans le plan perpendiculaire au plan de la figure sont polarisés perpendicu lairement audit plan de figure. Si l'on place un polarisateur R à l'entrée du condenseur polariseur qui est agencé pour tourner dans son plan et qui est précédé d'un diaphragme D et en supposant que ce polariseur soit orienté de telle façon que la lumière inci dente se trouve polarisée dans le plan de la fig. 2, on voit que l'extinction totale en 0' ne sera obtenue que par les rayons qui traver sent la lame Q en des points se trouvant sur le diamètre de ladite lame qui est perpendi culaire au plan de la fig. 2, c'est-à-dire au point où la direction de vibration résultant de la polarisation par le polariseur R est per pendiculaire à celle résultant de la polarisa tion par réflexion sur la couche semi-réflé- chissante HH'. Il n'y aura aucune extinction des rayons contenus dans le plan de la fig. 2 et le degré d'extinction des rayons intermé diaires variera entre zéro pour les rayons situés dans le plan de la figure jusqu'à l'extinction totale pour les rayons contenus dans le plan perpendiculaire. On voit égale ment que si l'on fait tourner le polariseur d'un angle donné autour de l'axe optique du système, le seul résultat sera de faire tourner du même angle les plans respectifs dans les quels on obtient l'extinction totale ou l'extinc tion nulle et que la quantités de lumière reçue en 0' sera donc toujours la même, sans que l'on puisse obtenir une variation du contraste de phase.

Cette difficulté est surmontée en dispo sant, dans une lentille, sensiblement hémis phérique, faisant partie du condenseur et située au voisinage de la demi-sphère, une lame demi-onde C enroulée en forme de sur face tronconique. Cette lame peut être cons tituée par une feuille de matière plastique, telle qu'une feuille de cellulose régénérée, la lentille du condenseur dans laquelle est incluse cette feuille étant alors constituée en deux parties ainsi qu'il est représenté à la. fig. 2. Le tronc de cône a pour angle-sommet un angle de 60 de façon que le rayonnement direct pé nètre dans la lame demi-onde à peu près nor malement. De ce fait cette lame crée dans le faisceau incident, qui est déjà polarisé recti- lignement par le polariseur R, un état de po larisation tel qu'après traversée de ladite lame C, chaque rayon vibre dans une direc tion contenue dans un plan formant, avec le plan d'incidence du rayon considéré sur la lame Q, un angle constant d'un rayon à l'autre. Lorsque l'on fait tourner le polariseur R autour de l'axe du système, l'angle en ques tion varie de la même quantité pour chaque rayon et il en résulte que l'extinction en 0' peut être amenée de zéro, lorsque cet angle est nul, jusqu'à l'extinction totale lorsque cet angle est. égal à 90 et que toute valeur d'ab sorption désirée peut être obtenue entre ces deux valeurs limites, en faisant varier ledit angle entre 0 et 90 . On peut ainsi faire va rier à volonté le contraste dans l'image ob tenue en 0'.

Le dispositif qui vient d'être décrit pré sente, entre autres avantages, celui de per mettre l'absorption du faisceau direct avant l'entrée 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'ou verture TIo soit égal à 42 . Cette lame intro duit une différence de marche de

pour l'in cidence de 42 .

La lame P peut être une lame de trisulfure d'antimoine d'épaisseur

également déposée par évaporation.

Claims (6)

1. REVENDICATION: Dispositif pour l'observation, en contraste de phase, d'objets transparents, caractérisé par une demi-sphère en matière transparente, constituée par deux parties séparées suivant uln plan parallèle à sa base et situé à Lune dis tance de cette dernière, qui est sensiblement égale à la moitié du rayon de la demi-sphère, une couche de matière semi-transparente, semi-réfléchissante, recouvrant la surface sépa rant l'une de ces parties de l'autre, une lame de phase, 'sensiblement centrée sur l'axe pas sant par le centre et le sommet de la demi- sphère, étant disposé entre lesdites parties, et la partie supérieure de la calotte sphérique étant recouverte d'une couche de matière réfléchissante, à l'exception d'une plage située au sommet de cette calotte. SOUS-REVENDICATIONS 1. Dispositif selon la revendication, carac térisé en ce que la couche semi-transparente, semi-réfléchissante interposée entre les deux parties de la demi-sphère est une couche d'oxyde de titane.
2. 2. Dispositif selon la revendication, carac térisé en ce que la partie centrale de la lame de phase est rendue opaque, la plage non réfléchissante ménagée au sommet de la demi-sphère présentant sensiblement les di- mensions de cette partie opaque.
3. 3. Dispositif selon la revendication, carac térisé en ce qu'il comprend un condenseur dis posé en avant de la base de la demi-sphère et coaxialement avec cette dernière et que la lame de phase est disposée de façon à être tra versée par le faisceau de rayons lumineux di rects provenant de ce condenseur et est com binée avec des lames transparentes dont l'in- lice est très différent de celui de la lame de phase, et qui couvrent le reste de la sur face de séparation des deux parties de la sphère, pour recevoir les rayons diffractés par l'objet, l'ensemble des lames susmention nées 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

   par rapport à un rayon diffracté ayant traversé les autres lames.
4. 4. Dispositif selon la sous-revendicatioü 3, caractérisé en ce que la lame de phase pré sente une forme annulaire.
5. 5. Dispositif selon la sous-revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend, en avant de la base de la demi-sphère, et perpendiculaire ment à. l'axe de la demi-sphère, un polari- sateiir rectiligne orientable dans son plan et une lame demi-onde agencée selon une sur face tronconique, coaxiale avec la demi-sphère, placée entre le condenseur et la demi-sphère et dont l'angle au sommet est choisi pour qu'elle reçoive sensiblement perpendiculaire ment les rayons directs déviés par le con denseur.
6. 6. Dispositif selon la sous-revendication 5, caractérisé en ce que le condenseur comporte, du côté de la demi-sphère, une lentille sensible ment hémisphérique dont la face plane est parallèle à la base de la demi-sphère et dans laquelle est incluse la lame demi-onde tron conique.