Brevet FR2122590A1 — publié le 19720901

f i 72 02072 2122590 - L'invention concerne un procédé de focalisation automatique sur des objets devant être observés dans des instruments optiques, au moyen d'un faisceau de rayons invisibles qui, lorsque la surface d'observation sort du plan focal de l'ob-5 jectif, excite photo-électriquement un appareillage de commande ramenant la surface d'observation dans ce plan. Le brevet des Etats-Unis n° 5.037.423 décrit un dispositif de ce genre, coopérant avec un projecteur et servant à ra-plan , mener dans le/focal de l'objectif une image qui en est sortie. 10 II est prévu dans ce but une source particulière qui ne produit des rayons que dans la bande spectrale située en dehors de la lumière visible - par exemple des rayons ultraviolets ou infrarouges - et dont l'image est projetée, au moyen du faisceau de rayons invisibles, par un élément optique convergent (pro-15 jectif de rayons de mesure), dans le plan focal de l'objectif du projecteur. Le faisceau de rayons invisibles frappe un objet sous un angle de 45° par rapport à l'axe optique du projecteur et est réfléchi sur un convertisseur photo-électrique en couplage différentiel. Si le plan focal et le plan objet coin- . 20 cident en position, aucune des cellules photo-électriques n'est excitée, tandis que, si ces plans ne eoincident pas, l'une des deux cellules est excitée dans la mesure où l'objet sort du plan focal pour fermer un circuit électrique alimentant ion appareillage qui rétablit la coïncidence entre les deux plans. 25 La Demanderesse a constaté que ce dispositif présentait l'inconvénient qu'au faisceau de rayons invisibles est associé un projectif de rayons de mesure supplémentaire, indépendant de l'objectif du projecteur. Abstrafction faite des frais qui en résultent, il est en effet difficile d'ajuster entre eux le 30 projectif de rayons de mesure se trouvant dans le parcours des rayons invisibles et l'objectif du projecteur de façon qu'ils aient un point focal commun. Un dispositif de ce genre est donc pratiquement inutilisable pour des instruments dans lesquels sont mis en oeuvre des objectifs ayant des distances"focales 35 différentes. De plus, il ne peut pas être appliqué à des microscopes, du fait que les dimensions des objectifs de ces derniers sont généralement trop grandes pour permettre au faisceau de rayons invisibles d'entrer dans le foyer de l'objectif ou d'en sortir par le côté. Un dispositif du type ci-dessus décrit ne 40 peut être utilisé en aucun cas sur des objectifs immergés, en 72 02072 _ a_ 2122590 raison de la présence nécessaire d'une couche de liquide entre la surface d'observation et la lentille frontale. Le problème que se propose de résoudre la présente invention est l'élimination des inconvénients précités et 5 l'adaptation du procédé connu selon le brevet des Etats-Unis n° 3.037.423 pour la mise au point automatique, sur des objets devant être observés dans des instruments optiques, de façon à rendre ce procédé applicable également à des microscopes. 10 Ce problème est résolu principalement grâce au fait que le faisceau de rayons invisibles utilisé pour reproduire l'image d'un repère est réfléchi dans le trajet des rayons d'éclairement du microscope de telle sorte que cette image n'est contenue que dans une moitié de la section de ce trajet 15 et que les rayons servant à reproduire l'image du. repère sont dirigés à travers l'objectif en même temps que les rayons d'éclairement et renvoyés par réflexion du plan de l'objet dans celle des moitiés du trajet des rayons qui ne contenait pas jusqu'alors l'image du repère, pour parvenir de là à 20 l'appareillage photo-électrique. Le faisceau de rayons invisibles utilisé pour reproduire l'image du repère est avantageusement dévié par réflexion hors du trajet des rayons d'éclairement entre le condenseur de la source lumineuse et le diaphragme d'ouverture, 25 puis ramené excentriquement à ce trajet avant l'entrée des rayons d'éclairement dans l'objectif. Il est possible également de ramener le faisceau de rayons invisibles au trajet des rayons d'éclairement du microscope entre le condenseur de la source lumineuse et le diaphragme d'ouverture. Les plans 30 de projection de l'image du repère - rapportés aux deux directions flu faisceau de rayons invisibles - peuvent coïncider avec le plan du diaphragme de champ d'éclairement du microscope. Il est néanmoins préférable que seule la fraction du faisceau de rayons invisibles ,utiliséepour reproduire 35 l'image du repère, qui parvient à l'objet, traverse le diaphragme du champ d'éclairement du"microscope après masquage de l'une de ses moitiés ét que, dans le faisceau de rayons invisibles réfléchi par l'objet, le rep|rè soit projeté dans un plan d'image intermédiaire du microscope. 40 Un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé précité 72 02072 _3_ 2122590 est avantageusement agencé de telle façon que l'appareillage photo-électrique contient des convertisseurs photo-électriques en couplage différentiel avec au moins une plage obscure, dont les dimensions et la forme correspondent à celles de 5 l'image produite du repère et qui est disposée de telle sorte que, si le plan de focalisation coincide avec la surface d'observation, l'image du repère se confond avec la plage obscure sans excitation d'aucun côté du convertisseur photoélectrique, tandis qu'en cas d'écarts entre le plan de foca-10 lisation et la surface d'observation un côté du convertisseur est excité dans la mesure où l'image du repère s'éloigne de la plage obscure. Il est particulièrement favorable de prévoir la plage obscure dans le plan d'image intermédiaire. Le support du convertisseur photo-électrique est conçu de pré-15 férence de telle manière que le convertisseur photo-électrique formé de secteurs de réception et d'au moins une plage, peut être déplacé de façon contrôlée à l'intérieur du plan d'image intermédiaire. Il peut être également très avantageux d'insérer, 20 dans le trajet du faisceau de rayons invisibles réfléchi par l'objet, une plaque rotative transparente à faces planes et parallèles, inclinée par rapport à l'axe de ce faisceau, et de conférer au convertisseur photo-électrique la forme d'un cercle dont la surface est subdivisée en secteurs de récep-25 tion au moyen de plages obscures. Plusieurs exemples de réalisation de l'invention sont décrits ci-après avec référence au dessin annexé dans lequel Pig. 1 représente un microscope de type courant avec un schéma du trajet des rayons de mesure ; 30 Pig. 2 et 3 montrent un exemple dam lequel le tra jet des rayons de mesure est dévié par réflexion hors du trajet des rayons d'éclairement ; Pig. 4a à 6 représentent différentes formes de réalisation dans lesquelles le trajet des rayons de mesure est 35 englobé dans le trajet des rayons d'éclairement ; Pig. 7 montre une forme de réalisation comportant un convertisseur photo-électrique d'agencement particulier ; Fig. 8a à 8ç représentent un autre exemple, dans lequel le repère réfléchi par l'objet est projeté dans le 40 plan d'image intermédiaire du microscope; 72 02072 _ 4 . 2122590 Pig. 9 représente un dispositif de déplacement du convertisseur photo-électrique. L'..invention est représentée schématiquement à la fig.l dans son application à un microscope de type courant. Le 5 microscope comporte un pied F, un porte-tube TT, un objectif revolver OR avec des objectifs Ob, une platine porte-objet OT et un oculaire Ok. Une source lumineuse L éclaire l'objet se trouvant sur la platine. En ce point intervient l'invention, ctont le principe consiste, conformément à la fig. 1, à dévier 10 par réflexion, au moyen d'un diviseur de lumière infrarouge 3 ceux des rayons partant de la source lumineuse L qui constituent les rayons de mesure invisibles 8£ et à amener excentriquement ces rayons à l'objectif Ob. Après avoir frappé l'objet 9j les rayons de mesure sont ramenés excentriquement par l'objectif 15 8 dans le trajet des rayons d'observation, déviés ensuite par réflexion de ce trajet et amenés à un convertisseur photoélectrique M, dont les circuits de courant de commande influencent de manière usuelle ion servo-moteur S lorsque l'objet sort du plan focal de l'objectif du microscope, servo-20 moteur au moyen duquel l'objet et le plan de focalisation sont amenés de nouveau en position de coincidence par relevage du abaissement de la platine porte-objet OT. Cette correction automatique de la hauteur de la platine porte-objet au moyen du servo-moteur peut être à volonté mise hors d'action par l'opé-20 rateur, de sorte que le mécanisme de levage peut être également actionné à la main. Ce mode de fonctionnement est illustré de façon plus précise par les fig. 2 et 3. Il ressort de ces figures que les rayons émis par une source lumineuse 1 parviennent en lumière 30 incidente sur l'objet 9 par l'intermédiaire d'un condenseur 2, d'un diaphragme d'ouverture 4, d'un diaphragme de champ d'éclairement 5, d'une lentille 6, d'un miroir servant de diviseur de lumière 7, ainsi que de l'objefctif 8 du microscope. Le diviseur de lumière infrarouge 3 dévie par réflexion 35 un faisceau de rayons invisibles 8 COPY 72 02072 5 2122590 d'éclairement 8a par un autre miroir 14'. Le prisme 16 est conforme et disposé de telle sorte que les rayons 8ç_ projetant l'image de l'interstice 12' sont réfléchis excentriquement par rapport à l'axe du trajet des rayons d'éclairement et, 5 par suite, entrent latéralement dans l'objectif 8 du microscope. L'image projetée de l'interstice 12/ se trouve dans le plan focal de l'objectif 8. Les rayons frappant l'objet 9 sont réfléchis par ce dernier et ramenés ainsi à l'objectif 8 du microscope. En raison de la loi de réflexion, l'image 10 de l'interstice 12' se trouve alors de l'autre côté du faisceau des rayons d'éclairement 8a êti du faisceau des rayons d'observation 8b. Elle est de nouveau renvoyée excentriquement par réflexion au prisme 16, par le miroir 14' servant de diviseur de lumière infrarouge. Venant de ce prisme, l'image 15 est amenée par ion miroir 15 et une lentille 17 à un convertisseur photo-électrique 18. Dans le présent exemple, ce convertisseur comporte deux cellules de réception l8a, 18b, faisant partie d'un photomètre différentiel et influençant de manière connue, lorsque l'objet sort du plan focal de l'objectif du 20 microscope, un servo-moteur qui relève ou abaisse la platine porte-objet du microscope pour rétablir la coincidence entre l'objet et le plan focal. Dans la forme de réalisation selon la fig. 4a, les rayons partant de la source lumineuse 1 sont amenés comme pré-25 cédemment, de manière connue, par le condenseur 2 et le miroir 7, à l'objectif 8 et ensuite à l'objet 9, Dans ce trajet des rayons d'éclairement 8a, un faisceau de rayons infrarouges 8£ émis par une lampe à incandescence 19 est réfléchi au moyen d'un système de lentilles 20 et d'une plaquette 21, qui réflé-50 chit les rayons infrarouges mais laisse passer la lumière venant de la source 1. Le faisceau de rayons infrarouges frappe la plaquette 21 en dehors de l'axe du faisceau des rayons d'éclairement 8a et est dirigé par la plaquette sur une autre plaquette 22 qui laisse passer sans obstacle les rayons de 35 lumière visible, tandis que le faisceau de rayons infrarouges ne peut traverser la plaquette 22 que par un interstice étroit 12' se trouvant au milieu de la plaquette 22, c'est-à-dire en formant un repère. LQrsque l'objectif est mis au point sur l'objet et que l'image du repère est ainsi reproduite sur l'ob-40 jet, cette image réapparaît après réflexion dans l'interstice ' COPY 72 02072 . 6 - 2122590 12' de la plaquette 22. Les rayons de mesure 8ç sont alors réfléchis sur la plaquette 21 et tombent sur le système de lentilles 23a. Il en résulte que l'image de l'interstice est reproduite de nouveau, cette fois sur l'indicateur de zéro 5 2J>e du photomètre différentiel 23b. Le parcours suivi par le faisceau de rayons invisibles Qc_ entre la lampe à incandescence 19 et le photomètre différentiel 23b est mis en évidence par des flèches dans la fig. 4a. Dans le cas où l'objet 9 est situé en dehors du plan 10 focal, comme représenté schématiquement dans la fig. 4b, l'image du repère s'écarte de l'indicateur de zéro 23e du photomètre différentiel 23b (fig. 4a) proportionnellement à son éloignement représenté dans l'objectif 8. L'une des cellules (23£, 23d) du photomètre reçoit le signal de focalisation 15 de l'objet et le circuit de courant de commande correspondant du servo-moteur se ferme jusqu'à ce que l'objet soit de nouveau au point et que l'image du repère retombe ainsi au centre de l'indicateur de zéro. L'exemple de la fiig. 5 se distingue de celui de la 20 fig. 4^én ce que le repère 22' se trouve dans la partie du faisceau de rayons de mesure 8ç située avant la réflexion. Le moyen de réflexion est constitué par la plaquette 24 inclinée de ^5°• Lorsque l'objet est mis au point, l'image de l'interstice 12', projetée dans le diaphragme de champ d'éclairement 25 25, est également projetée automatiquement sur l'objet et renvoyée après la réflexion dans le diaphragme de champ d'éclairement. Cette image est alors agrandie au moyen de la plaquette 24 et du système de lentilles 26, puis amenée au photomètre différentiel 23b. 30 L'exemple de la fig. 6 représente une variante de la forme de réalisation de la fig. 5, dans laquelle la plaquette 24' est perpendiculaire à l'axe du faisceau des rayons d'éclairement 8a. Au lieu d'un photomètre différentiel, on peut naturel-35 lement prévoir d'autres convertisseurs photo-électriques. C'est ainsi, par exemple, qu'on peut disposer -comme le montre la fig. 7- dans le trajet des rayons de mesure 8c. réfléchis par l'objet 9 et déviés ensuite par la plaquette 24, une plaque transparente rotative 27'» à faces plan-parallèles, in-40 clinée par rapport à l'axe de ce trajet, le convertisseur 72 02072 _ 7 _ 2122590 photo-électrique 27 présentant dans ce cas la forme d'un cercle, dont la surface est subdivisée en secteurs de réception 27 a, 27b au moyen de plages obscures 27_ç. Conformément aux fig. 8a à 8c_, les rayons partant de 5 la source lumineuse 1 parviennent, comme dans les exemples précédents, par l'intermédiaire du miroir diviseur 7, à l'objectif 8 et ensuite à l'objet 9 situé dans le plan focal 9â* Le faisceau de rayons invisibles 8£ émis par la lampe à incandescence 19 est toutefois, dans ce cas, redressé parallè-lement par une lentille 28, comme le montre la fig. 8a. Une lentille subséquente 29, de préférence cylindrique, éclaire l'interstice 12' d'un diaphragme à fente 30. L'image de cet interstice est projetée par une lentille 31 et un diviseur de lumière 32 dans le plan du diaphragme de champ d'éclairement 33. La lentille 34 reproduit l'image du diaphragme de champ d'éclairement 33 dans l'objet 9 au moyen du divisBurrde lumière 7 et de l'objectif Le demi-diaphragme 35 est projeté par la lentille 34 dans la pupille de l'objectif. Dans le tube d'éclairement est monté en outre un filtre d'arrêt d'in-20 frarouge 36. Dans le parcours des rayons d'image 8b, l'objectif 8 projette l'objet avec l'image du repère dans le plan intermédiaire d'image l8d du microscope. Dans le tube placé devant le plan intermédiaire d'image l8d est assujetti un diviseur de lumière bichromatique 37, qui séparé le faisceau des rayons d'observation 8b du faisceau des rayons de mesure 8d. Les rayons d'observation sont amenés, à travers un filtre d'arrêt d'infrarouge 38, par exemple à un oculaire 39 ou une caméra de télévision. Les rayons de mesure 8£ qu'a laissé passer le diviseur de lumière bichromatique 37, produisent une image de l'interstice sur le photomètre différentiel 18. Ce dernier contient une barre transversale l8£ servant de diaphragme. La largeur de cette barre correspond exactement à la dimension de l'interstice projeté 12'. Si un objet 9 se trouve exactement 35 dans le plan focal 9a (fig- 8a), aucun des éléments photoélectriques 18a, 18b ne reçoit de lumière. Dans le cas où l'objet 9 n'est pas dans le plan i 1 focal -comme représenté dans les fig. 8b et 8£ - la lumière frappe l'un des éléments photo-électriques l8a, 18b. Un amplificateur enclenche alors un servo-moteur qui déplace le mécanisme de mise en position 40 72 02072 . 8 „ 2122590 de la platine du microscope jusqu'à ce que les éléments photoélectriques 18a, 18b ne fournissent plus de courant. L'objet se trouve alors exactement focalisé. La fig. 9 représente un détail de la forme de réalisa-5 tion selon les fig. 8a à 8c, avec le dispositif de déplacement du convertisseur photo-électrique 18. Au moyen d'une vis de réglage à pas fin 4l et d'un ressort de pression 40, le convertisseur photo-électrique 18 se trouvant dans le plan intermédiaire d'image l8d du microscope peut être déplacé de façon 10 contrôlée à l'intérieur de ce plan. Il est par conséquent possible de régler de façon très précise les éléments photoélectriques l8a, 18b en fonction de l'objectif utilisé dans chaque cas. Cette opération peut être nécessaire lors d'un changement d'objectif étant donné que, même si le guidage des ob-15 jectifs interchangeables est précis, il peut se produire de très petites variations dans leur orientation exacte sur le convertisseur photo-électrique, variations qui peuvent fausser les résultats des mesures. Pour certaines préparations microscopiques -par exemple 20 des éprouvettes métalliques micrographiques attaquées - il est avantageux en outre de pouvoir déplacer le convertisseur photoélectrique pour obtenir un défaut de netteté volontaire et réglé de l'image microscopique. 72 02072 - $ - 2122590 REVENDICATIONS 1. Procédé de focalisation automatique d'objets devant ftre observés dans des instruments optiques, au moyen d'un faisceau de rayons invisibles qui, lorsque le plan de l'objet sort du plan focal de l'objectif, excite photo-électriquement un appareillage de commande ramenant le plan de l'objet dans ledit plan focal, caractérisé en ce que, pour son application à des microscopes, le faisceau de rayons invisibles (8ç) utilisé pour reproduire l'image d'un repère (12'), est réfléchi dans le trajet des rayons d'éclairement (8a) du microscope, de telle sorte que l'image du repère (12') n'est contenue que dans une moitié de la section de ce trajet et en ce que les rayons (8ç^) servant à reproduire l'image du repère (12') sont dirigés à travers l'objectif (8) en même temps que les rayons d'éclairement (8a) et renvoyés par réflexion de l'objet (9) dans celle des moitiés du trajet des rayons (8a, 8b) qui ne contenait pas jusqu'alors l'image du repère (12'), pour revenir de là à l'appareillage photo-électrique (W,l8,23b 27). 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le faisceau de rayons (8c) utilisé pour reproduire l'image du repère (12') est dévié par réflexion hors du trajet des rayons d'éclairement(8a) entre le condenseur (2) de la source lumineuse (l) et le diaphragme d'ouverture (4), puis ramené excentriquement au trajet des rayons d'éclairement avant l'entrée de ceux-ci dans l'objectif (8) (fig.2). 3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le faisceau de rayons (8c) utilisé pour reproduire l'image du repère (12') est ramené au trajet des rayons d'éclairement (8a) du microscope entre le condenseur (2)dè la source lumineuse (l) et la plaquettè (22) servant de diaphragme de champ d'éclairement (fig. 4a). 4. Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les plans de projection de l'image du trajet - rapportées 35 aux deux directions du faisceau de rayons invisibles (8ç)~ coincident avec le plan de la plaquette (22) du microscope (fig. 4a). 5. Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que seule la fraction du faisceau de rayons invisibles (8£) 40 utiliséepour reproduire l'image du repère (12') qui parvient à 72 02072 -io- 2122590 l'objet (9) traverse le diaphragme de champ d'éclairement (33) du microscope après masquage de l'une de ses moitiés et en ce que le faisceau de rayons invisibles (8d) réfléchi par l'objet (9) est utilisé pour projeter l'image du repère (12') 5 dans un plan d'image intermédiaire (l8d) du microscope (fig. 8a). 6. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une des revendications là), caractérisé en ce que l'appareillage photo-électrique contient des convertisseurs photo-10 électriques (W,l8,23b,27) en couplage différentiel avec au moins une plage obscure (l8ç,23e,27£,27d) dont les dimensions et la forme correspondent à celles de l'image reproduite du repère (12') et qui est disposée de telle sorte que, si le plan focal (9a) coincide avec la surface d'observation, l'image du 15 repère se confond avec la plage obscure sans excitation d'aucun côté du convertisseur photo-électrique, tandis qu'en cas d'écarts entre le plan focal et la surface d'observation, un côté du convertisseur est excité dans la mesure où l'image da repère s'éloigne de la plage obscure. 20 7. Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé en ce que la plage obscure (l8cî,23e,27ç.,27d) est prévue dans le plan d'image intermédiaire (l8d) du microscope (fig. 8a,8b,8ç: 9). 8. Dispositif suivant les revendications 6 et 7, carac-25 térisé en ce que le convertisseur photo-électrique (18) comporte des moyens de déplacement (40,4l) (fig.9). 9. Dispositif suivant les revendications 6 et 7, caractérisé en ce que, dans le trajet des rayons du faisceau de rayons invisibles (8ç[) réfléchi par l'objet (9) est insérée une 30 plaque rotative transparente (27') à faces plan-parallèles, inclinée par rapport à l'axe de ce faisceau, et en ce que le convertisseur photo-électrique (27) présente la forme d'un cercle dont la surface est subdivisée en secteurs de réception (27a,27b) au moyen de plages obscures (27ç_,27d) (fig. 7).