Dispositif pour l'observation d'objets en contraste de phase à travers l'objectif d'un microscope. On sait que la méthode d'observation par contraste de phase permet 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 collima teur, traverse un milieu transparent compor tant de petites variations d'épaisseur ou d'in dice de réfraction ou se réfléchit sur un mi lieu, opaque ou non, dont la surface présente de petites irrégularités, ces variations ou irré gularités 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'intensité lumineuse.
Plusieurs dispositifs déjà connus permet tent d'atteindre ce but. Dans le cas de l'obser vation microscopique, ces dispositifs compor tent une lame dite lame de phase qui doit être placée sur l'image de la source lumi neuse donnée par l'objectif, ladite lame étant traversée par les rayons lumineux directs et diffractés provenant de l'objet.
La présente invention a pour objet un dispositif permettant l'observation d'objets en contraste de phase à travers l'objectif d'un microscope dans lequel, au lieu de faire tra verser une lame de phase par les rayons di- rects et diffractés provenant de l'objet, on utilise les phénomènes de réflexion sur une lame spécialement préparée.
Ce dispositif est caractérisé par une lame susceptible de provoquer une réflexion, dispo sée sur le trajet des rayons lumineux pro venant de l'objectif, obliquement par rapport à l'axe optique de l'objectif et de faon à couper cet axe en un point où se forme l'image de la source d'éclairage, cette lame étant recouverte, sur sa face qui est tournée vers l'objectif, et à l'exception d'une plage sur laquelle se forme l'image de la source d'éclairage, d'une mince couche d'une subs tance réfléchissante dont l'indice de réfrac tion est.
de l'ordre de celui d'un métal, l'épais seur de cette couche étant déterminée pour qu'il existe, après réflexion d'un faisceau lumieux sur la lame, une différence de phase de - entre les rayons lumineux qui se sont 2 réfléchis sur la partie non recouverte de la lame et ceux qui se sont réfléchis sur la subs tance réfléchissante, un oculaire étant dis posé pour observer l'image réfléchie par la dite lame.
La lame est de préférence une lame trans parente (donc en verre de constitution inor ganique ou organique) et la substance réflé chissante recouvrant partiellement la lame peut être un métal, déposé par vaporisation sur la lame préalablement munie d'un cache masquant la plage qui ne doit pas être re couverte.
Dans la description qui suit, la lame par tiellement recouverte de substance réfléchis sante est désignée par l'expression miroir déphasant , la partie non recouverte de ce miroir par zone nue et sa partie recouverte par zone recouverte .
Les rayons directs provenant de l'objet. observé se réfléchissent sur la- zone nue du miroir déphasant, tandis que les rayons dif fractés provenant dudit objet se réfléchissent sur la zone recouverte et l'on réalise ainsi les conditions voulues pour l'observation en con traste de phase.
Le miroir déphasant est de préférence in cliné sur l'axe optique de l'objectif d'un angle i tel que tgi=n, 7z étant l'indice de la lame transparente du miroir,.
c'est-à-dire -que le miroir travaille sous l'incidence brewstérienne. Dans ces con ditions, en interposant un polariseur, tel qu'une lame polarisante sur le trajet du fais ceau lumineux réfléchi par le miroir dépha- sant, de préférence entre ce dernier et l'ocu laire, il est possible, par rotation de ce pola riseur, de faire varier -'intensité du fais ceau direct réfléchi sur la zone nue du miroir par rapport à celle du faisceau réfracté ré fléchi sur la. zone recouverte et, par consé quent, de modifier les contrastes dans l'image finale obtenue.
On peut également intercaler un second polariseur sur le trajet des rayons lumineux avant le miroir déphasant. Cette disposition permet. d'utiliser la totalité des vibrations lumineuses qui concourent à. la formation de l'image en contraste de phase et, en combi naison avec le polariseur situé après le mi roir déphasant, de réaliser soit le contraste de phase positif (noir sur blanc), soit le con traste de phase négatif (blanc sur noir).
Certaines formes de réalisation de l'inven tion ont. le grand avantage qu'elles permet tent de transformer Lin microscope ordinaire en microscope à contraste de phase, en rem- plaeant l'oculaire du microscope par un en semble comprenant le miroir déphasant, 1-'oculaire pour l'observation de l'image ré fléchie par ce dernier et, éventuellement, un système optique capable de former sur le mi roir l'image de la source d'éclairage, à partir de celle déjà formée par l'objectif du micros cope, ainsi que le ou les polariseurs, si on le désire.
L'éclairement de l'objet peut être obtenu, par les moyens ordinaires, avec interposition éventuelle d'éléments polarisants dans le fais ceau d'éclairage. -Mais on peut également., dans le cas d'observation d'objets opaques, par exemple pour les applications à la métal lographie, éclairer l'objet à travers la lame transparente du miroir, ce qui permet de réaliser un ensemble dans lequel l'objectif du microscope est autocolimateur vis-à-vis du miroir déphasant.
A cet effet, on dispose, du côté opposé à. l'objectif, par rapport au miroir déphasant, une source lumineuse et un sys tème optique agencé pour former l'image de ladite source sur la zone nue du miroir, celle- ci étant située au voisinage du foyer image de l'objectif du microscope, l'ensemble dudit système optique et. de l'objectif ayant le même axe optique.
L'invention est, décrite ci-après avec réfé rence aux dessins annexés dans lesquels: Fig. 1 est une vue schématique d'un pre- nrier exemple du dispositif d'observation. Fig. ? est un schéma d'un système d'éclai rage de l'objet à observer, dans le cas d'obser vation par réflexion.
Fig. 3 est un schéma. d'une variante de fig 1.
Fig. 4 est le schéma d'un dispositif d'ob servation appliqué à. un microscope muni d'un dispositif d'éclairag-e en lumière réfléchie et polarisée.
Fig. 5 est un schéma semblable, le dispo sitif comprenant. la source d'éclairage.
La. fi-. 1 représente schématiquement la partie optique d'un dispositif d'observation adaptable sur un microscope de type courant en vue de sa transformation en microscope à contraste de phase, ledit microscope compor tant, (le faeon connue en elle-même, un dis positif d'éclairage de l'objet. à travers une fente d'éclairage qui est. considérée comme la source de lumière, une platine porte-objet et un objectif, l'ensemble de ces organes, de réali sation courante pour l'homme de l'art, n'étant pas représenté. L'objectif est agencé pour donner, de la fente d'éclairage, une image représentée en P à la fig. 1.
Le dispositif d'observation comporte un miroir déphasant constitué par une lame de verre 1, d'indice n, recouverte d'une mince couche métallique réfléchissante 2 sauf sur une petite région 3 située sensiblement au centre de la lame et dont la dimension sera indiquée plus loin.
La lame 1 est agencée pour être disposée obliquement sur l'axe opti que de l'objectif du microscope et iui. système de lentilles 4 est disposé pour former, sur la hune 1, l'image de F, qui est l'image de la fente d'éclairage à travers l'objectif. Les di mensions dé la région 3, non recouverte par la couche réfléchissante 2, sont sensiblement celles de ladite image de P à travers le sys tème optique 4.
L'angle i d'incidence du faisceau issu du système optique 4 sur la lame 1 est tel que: tgi=n, c'est-à-dire qu'il correspond à l'incidence brewstérienne.
L'épaisseur de la couche 2 est telle que, compte tenu de la différence entre l'indice n de la lame et l'indice du métal constituant ladite couche 2, il y existe, après réflexion sur la lame 1, un déphasage de
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entre un rayon qui se réfléchit sur la région 3, ou zone nue du miroir déphasant, et un rayon qui se réfléchit sur la couche 2 ou zone recouverte du miroir déphasant.
Enfin, un oculaire 5 est agencé pour obser ver l'image de l'objet formée à travers l'objec tif et le système optique 4, après réflexion sur le miroir déphasant 1, 2. Le miroir 1, 2 donne lieu à un déphasage entre les rayons directs provenant de l'objet, qui se réfléchissent sur la zone nue 3 du mi roir et les rayons diffractés par l'objet, qui se réfléchissent sur la zone recouverte 2 du miroir, et l'observateur regardant à travers l'oculaire 5 verra donc l'image de l'objet en contraste de phase.
En disposant une lame polarisante 6 sur le trajet des rayons provenant du miroir 1, 2, celui-ci étant à l'incidence brewstérienne, il est possible, par rotation appropriée de la lame 6, d'éteindre les rayons directs réfléchis sur la. zone nue 3 sans modifier les rayons diffractés réfléchis sur la zone recouverte 2 et de faire varier à volonté l'absorption du faisceau direct.
Le dispositif ci-dessus décrit, en combinai son avec un microscope ordinaire dans lequel la fente d'éclairage se trouve dans le plan focal du condenseur, permet l'observation des objets transparents. Pour l'observation des objets opaques, notamment en microscopie métallographique, le système d'éclairage de l'objet doit, de préférence, satisfaire aux con ditions d'éclairage dites de Ktihler. Un tel système d'éclairage est représenté à la fig. 2.
Ce système comporte une lampe 7, du type habituel. utilisé en microscopie, et un système optique 8 agencé pour former l'image du fila ment de ladite lampe sur un diaphragme 10 après réflexion sur un miroir 9. Une lentille 11 forme l'image du diaphragme 10 sur un écran 12 comportant une fente 13 de largeur fixe, la position de cette fente pouvant être réglée par rotation et excentrement dans son plan. Une lentille 15 et un prisme semi-réflé- chissant 16, permettent. de former l'image de la fente 13 en Po dans le plan focal de l'objec tif 17 du microscope.
L'objet opaque 18 se trouve donc éclairé par un faisceau de rayons parallèles et est observé à travers le prisme 16 dans l'axe vertical duquel est agencé le dis positif représenté à la fig. 1.
A titre de variante du dispositif repré senté à la fig. 1, on peut disposer, avant le miroir déphasant, un polariseur dont l'action se combine avec celle du polariseur intercalé après le miroir déphasant.
C"est ainsi que, dans le dispositif repré senté à. la fig. 3, clans laquelle on retrouve les mêmes éléments optiques fondamentaux qu'à la fig. 1, désignés par les mêmes références avec l'indice a., une lame polarisante<B>'-)0</B> est intercalée sur le trajet des rayons lumineux entre le système optique 4a et le miroir dé- phasant lcc, 2a.. Comme dans le cas de la fig. 1,
l'image Fa de la fente d'éclairage du micros- eope à. travers l'objectif de ce dernier, non représenté, est reprise par le système optique -lrr. qui en forme une image sur la zone nue 3a du miroir la, 2cc. L'image 21 de l'objet à travers l'objectif est reproduite en 22, après traversée du système optique 4a. et réflexion des ratons directs sur la zone nue 3a et des rayons diffractés sur la zone recouverte 2cc du miroir la, 2a. C'est.
l'image 22 qui est observée en contraste de phase à travers l'oculaire 5a. Dans ce mode de réalisation, la vibration des rayons lamineux atteignant le miroir déphasant la, 2a est polarisée recti- linéairement par la lame polarisante 20. Les résultats obtenus dépendent de l'orientation des polariseurs 20 et 6a. Si, par exemple, le polariseur 20 est. orienté de facon que le plan de polarisation des rayons qui traversent ledit.
polariseur 20 fasse un angle de 45 avec le plan d'incidence sur le miroir<I>la,</I> 2a, une rotation du polariseur 6a permet de passer, de faon continue, de la vision ordinaire, sans contraste de phase, à l'observation en contraste de phase positif ou négatif.
Dans 1a variante représentée à la fig. -1, les éléments optiques similaires à ceux de la fig. 1 sont désignés par les mêmes références que précédemment, avec l'indice b. Cette va riante concerne l'observation d'objets éclairés par réflexion au moyen d'un système optique simplifié par rapport à. celui de la fig. 2.
L'éclairage est. obtenu au moyen d'une source lumineuse constituée par une fente éclairée 23, placée au foyer d'un condenseur 24 qui transmet un faisceau de rayons parallèles sur une lame semi-réfléchissante 25 disposée à 45 sur l'axe optique du microscope. Ce fais- ceau de rayons parallèles est réfléchi par la lame 25 et atteint l'objet 26 à examiner, sur lequel il se réfléchit. en revenant sur lui- même. Ce faisceau réfléchi traverse alors la lame 25 et, grâce à. un objectif 27, vient for mer sur la zone nue 3b du miroir déphasant 1b, 2b une image de la. fente d'éclairage 23.
Comme précédemment, le rayonnement di rect, après avoir suivi le trajet qui vient d'être indiqué, se réfléchit. sur la zone nue 3b du miroir déphasant. 1.1), 2b et pénètre dans l'oculaire :5b. Le rayonnement diffracté par l'objet traverse la lame 25 et l'objectif 27, puis se réfléchit sur la zone recouverte 2b dudit miroir déphasant. L'image 28 ainsi for mée, dans le plan focal de l'oculaire 5b, est, par conséquent, observée en contraste de phase par l'observateur<B>229.</B>
Une lame polarisante 30 est disposée entre le condenseur 24 et la lame semi-réfléchis- sante 25. Cette lame polarisante permet, en combinaison avec le polariseur orientable 6b et dans les mêmes conditions que celles expo sées à propos de la fig. 3, de réaliser un con traste de phase positif ou négatif avec absorp tion variable du faisceau direct dans les deux cas.
La lame polarisante 30 pourrait également être disposée sur le trajet. des rayons formant l'image, entre l'objet. 26 et le miroir dépha- sant, notamment entre l'objectif 27 et le mi roir déphasant.
Enfin, on peut profiter de la transpa rence de la lame constituant le support du miroir déphasant. pour éclairer l'objet. à tra vers ledit miroir.
La fig. 5 représente un exemple de réali sation de l'invention comportant application de ce mode d'éclairage. Dans cet. exemple, l'objet à observer est. représenté en 31. Un objectif, figuré schématiquement en 32, forme dans le plan focal d'un oculaire 5 l'image 33 de l'objet, après réflexion sur le miroir dépha- sant 1.c, 2c, constitué et agencé comme dans les exemples précédents et disposé dans le plan focal image de l'objectif 32.
Un condenseur 34, disposé au-dessus du miroir déphasant 1c, 2c et sur l'axe optique de l'objectif 32, forme l'image d'une source lumineuse, constituée par une fente d'éclai rage 37, sur la zone nue 3c du miroir dépha sant, zone qui joue alors aussi le rôle de source secondaire. Les rayons lumineux issus de la zone nue 3c traversent l'objectif 32 et tombent en faisceau parallèle sur la surface (le l'objet 31. Les rayons de ce faisceau qui sont directement réfléchis par l'objet revien nent sur eux-mêmes, se réfléchissent sur la zone nue 3c du miroir déphasant et sont diri gés vers l'oculaire 5c.
Les rayons diffractés par les irrégularités de surface de l'objet 31 traversent l'objectif 32 et se réfléchissent sur la zone recouverte 2c du miroir déphasant. On obtient ainsi en 33 une image en contraste (le phase de l'objet 31.
l'avantage du dispositif ainsi agencé ré side dans sa grande luminosité, résultant du fait qu'il n'y a pas de surface séparatrice interposée sur les faisceaux lumineux de for mation de l'image.
Il peut être avantageux de diaphragmer l'image de la. source 35 par rapport à la zone nue 3c du miroir. Par exemple, la source 35 peut être constituée par un diaphragme d'ou- verture telle que son image sur la zone nue 3c soit légèrement plus petite que ladite zone.
Comme dans les exemples des fig. 3 et 4, il est possible, si on le désire, d'interposer une ou plusieurs lames polarisantes sur le trajet des rayons lumineux.