Brevet FR2216595A1 — publié le 19740830

la présente invention concerne la microscepie tridimensionnelle et les reconstitutions tridimensionnelles d'un objet transparent optiquement épais à l'aide d'un sélecteur gaufré associé à un microscope et plus particulièrement le stockage sur un seul cliché d'une série de coupes optiques de cet objet. Actuellement les procédés d'enregistrement d'une série de coupes optiques d'un objet sur un même cliché photographique correspondant à des mises au point différentes, ainsi que la restitution desdites images, présentent l'inconvénient d'être peu lumineux, Ce qui correspond à des enregistrements peu rapides ; en outre ces précédés sont peu simples à l'observation et la reconstitution tridimensionnelle exige un montage optique. Un procédé de ce genre et un dispositif pour sa mise en service sont décrits par NONARSKI et STROKE dans Nature (Juin 1971), vol. 231, 45301, pages 303 à 306. Le procédé de NOMARSKI et STROKE utilise un codage par réseau à traits opaques et transparents. Les différentes images sont stockées en faisant tourner le réseau séquentiellement dans son plan. D'autre part, la reconstitution fait intervenir la diffraction de la lumière et nécessite un montage optique permettant de matérialiser le plan de la-transSormée de Fourier afin d'adopter un filtre de fréquences pour sélectionner les différentes images enregistrées. Les inconvénients de ce procédé est qu'il est peu lumineux et la reoonstitution tridimensionnelle exige un montage optique compliqué. L'invention a pour but de supprimer ces inconvénients en réalisant un dispositif susceptible dteffectuer le stckage, -sur un seul cliché, d'une série de coupes optiques d'un objet et qui présente, par rapport au dispositif décrit par NOMARSKI et STROKE, l'avantage, d'une part, de donner des résultats plus lumineux, o'est-à-dire de permettre des enregistrements plus rapides et, d'autre part, de simplifier la restitution des images ainsi stockées, la qualité des coupes enregistrées étant tout à fait comparable à celle procurée par le dispositif antérieur. Ces avantages sont obtenus grâce à l'utilisation de sélecteurs gaufrés. Les sélecteurs gaufrés sont connus depuis très longtemps (G. LIPPMAN - Comptes Rendus de l'Académie des Sciences, 1908, T.C. XLVI, n0 9). Ils se présentent sous forme de plaques de matière plastique transparente de faible épaisseur dont une des faces est gravée ou moulée sous forme de cannelures. La caractéristique principale de ces cannelures, que l'on peut considérer comme la juxtaposition de fines lentilles cylindriques, est d'avoir un plan focal commun. Le dispositif conforme à l'invention est associé à un microscope photographique classique et est caractérisé par un s4lecteur gaufré, de pas déterminé, disposé en position moyenne, dans le plan focal du projectif du microscupe, le suppurt de la surface sensible étant disposé de façon que ladite surface sensible se trouve dans le plan focal image du sélecteur, des moyens étant prévus pour déplacer sur la plaque au moins l'un des éléments de l'ensemble sélecteur-surface photosensible tout en maintenant des génératrices de gaufrage du sélecteur parallèles à elles-mêmes et ladite surface photosensible du plan focal du sélecteur de telle sorte que le point dtintersection de l'axe optique du microscope et de la surface photosensible se déplace sur la plaque dans une direction perpendiculaire auxdites génératrices, puis en vue de restituer les images ainsi enregistrées sur ladite surface sensible. Lesdits moyens de déplacement d'au moins un élément de l'ensemble sélecteur-surface sensible peuvent être conçus pour assurer la translation de la surface sensible dans son plan, en laissant le sélecteur immobile, par exemple en muntant le support de cette surface dans une glissière en prévoyant une vis micrométrique agencée pour commander le coulissement de ce support dans ladite glissière. Ces moyens peuvent également être agencés pour assurer la rotation de l'ensemble sélecteur-surface sensible autour d'un axe parallèle aux génératrices de gaufrage du sélecteur, une vis micrométrique pouvant être prévue pour coopérer avec une roue tangente solidaire en rotation dudit ensemble. Le microscope ayant été mis au point sur un plan situe à une profondeur donnée dans l'objet observé donne une image de ce plan qui se trouve projetée sur le sélecteur. Ledit sélecteur découpe ladite image en bandes élémentaires de largeur égale au pas p du gaufrage et qui sont à leur tour projetées sur la surface sensible sous forme de bandes étroites formant une grille de pas p, et en laissant entre elles un certain intervalle. Si, une fois la surface sensible ainsi impressionnée, on procède au déplacement ci-dessus défini d'au moins l'un des éléments de l'ensemble sélecteur-surface sensible de fçsa que le déplacement du point d'intersection sus-mentionné soit égal à une fraction du pas p, et qu'on modifie la mise au point du microscope pour l'assurer sur un autre plan dans objet observé, parallèle au plan précédent et à une distance de ce dernier au moins égale à la profondeur du champ du microscope, on obtiendra, par U,le nouvelle impression de la surface sensible, une seconde grille dont les bandes constituant un décollpage de l'image dudit autre plan de l'objet, se placent entre les bandes de l'image prc-cédem- ment obtenue. En répétant l'opération ci-dessus décrite, on peut enregistrer sur la surface sensible un grand nombre images différentes, correspondant à des plans successifs dans l'objet observé. Les enregistrements peuvent etre également réalisés de manière continue, c 'est-à-dire avec un mouvement d'exploration continu de l'objet pendant que l'ensemble sélecteur-émulsion tourne, ou pendant la translation. A cet effet, la commande de mise au point du microscope et celle du déplacement dlau moins un élément de l'ensemble sélecteur-surface sensible peuvent être couplées mécaniquement, le déclencheur de l'obturateur de prise de vue pouvant éventuellement être aussi couplé à ces commandes. Le nombre N d'images qui, peuvent être enregistrées sur un seul cliché est égal au rapport du pas de gaufrage à la largeur des bandes images enregistrées. - on sait que la diffraction limite la finesse de ces lignes. Dans le cas de cannelures cylindriques de focale f, le nombre de lignes N = p2. Ce résultat ne tient pas compte des aberrations du sélecteur et des caractéristiques de l'émulsion associée à celut-c . Le sélecteur gaufré doit dc préférence etre tel qu'il ne limite pas la résolution du microscope et que le nombre des images enregistrées soit théoriquement maximum. Afin que le gaufrage ne limite pas la résolution du m- croscope, il faut que son pas soit tel que p # d'onde de la lumière utilisée, u' : demi-angle d'ouverture image du microscope). Il est à remarquer que l'on peut tolérer un défaut de m-se au point correspondant à un écart normal de ss /4 sur la surface d'onde auquel on peut associer une profondeur de champ D sur l'axe, donnée où u est l'ouverture de l'objectif du microscope. Cette profondeur est d'autant plus grande que l'ouverture u est faible. De la même manière,la fréquence de coupure diminue. Connaissant le pas optimum du selecteur, on peut déterminer le nombre théorique d'images enregistrables. Dans le cas de sélecteurs cylindriques, on sait que N =7w ; N peut aussi s'écrire N = P P , où = O o est l'ouverture des éléments de gaufrage. f Le nombre théorique d'images enregistrées augmente donc avec l'ouverture relative 0 des éléments de gaufrage, l'augmentation de l'ouverture étant toutefois limitée par 1'apparition d'aberrations gênantes. Le tableau permet de connaître, pour des objectifs et des grandissements différents, le pas de gaufrage optimum et le nombre d'images enregistrables, dans le cas de gaufrage d'ouverture relative f/3 et f/2. Pour restituer les images successives, on peut, soit observer directement le cliché en lumière ambiante, à travers un sélecteur gaufré identique à celui utilisé pour l'enregistrement des imagesécaiatserver ce cliché par projection sur un verre diffuseur/à travers un tel sélecteur, à l'aide d'une fente lumineuse, ce qui peut donner une image réelle du clichisur le dif; fuseur. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre de modes de réalisation d'un dispositif destiné à mettre en oeuvre le procédé suivant la présente invention, description donnée à titre d'exemple uniquement et en regard des dessins annexés sur lesquels Fig. 1 représente schématiquement un microscope pour l'étude des objets transparents, Fig. 2 montre deux images successives données par le sélecteur gaufré pour mises au point, Fig. 3 représente une vue en plan de la plaque photographique correspondant à deux mises au point successives avec les images données par le sélecteur gaufré, Fig. 4 montre une position oblique de l'ensemble sélecteur gaufré plaque photographique par rapport à l'axe optique du mi microscope, Fig. 5 représente les observations des différents coupes enregistrées par projection sur un dépoli. La figure 1 représente schématiquement et à titre d1exem- ple un microscope pour l'étude des objets transparents. De façon connue en ellemAeme, ce microscope comporte une ouverture à diaphragme réglable 2 et un condenseur 3 adapté pour être éclairé par de la lumière blanche ou colorée de composition spectrale convenant à l'utilisation, une platine porte-objet (non représentée) destinée à supporter l'objet transparent 4 à observer, un objectif 5, un objectifintermédiaire dont la ~~~~~~~~~~ pupille de sortie est figurée en 7, et un projectif 8. Conformément à l'invention, un sélecteur gaufré 9 est disposé dans le plan image du système optique ci-dessus décrit, et une plaque photosensible 10, 10, disposée dans un support (non repré- senté) est placée dans le plan focal image 11 du sélecteur 9. L'objet transparent 4, bien que mécaniquement mince, est en général optiquement épais, ctest-à-dire que son épaisseur Z est grande par rapport à la profondeur de champ z ou latitude de mise au point de l'objectif du microscope. Dans ce cas, le microscope qui est classique, peut donner N = Z/-z images distinctes de cet objet dans le champ considéré. Il est clair que, pour conserver les informations sur l'objet, il est nécessaire d'effectuer N photomicrographies en faisant varier de - z la mise au point après chaque prise de vues. Dans exemple choisi, on suppose qu'on effectue successivement les mises au point dans les plans 21, 22 et 23 de l'objet. Ainsi qu'il a été indiqué ci-desus, le support de la plaque photosensible 9 peut être agencé pour coulisser selon la flèche 10a. On suppose que le microscope est tout d'abord mis au point sur le plan 21 de I'objst. Conformément aux propriétés ci-dessls rappelées des sélecteurs gaufrés, par exposition de la plaque sensible, on obtient alors, sur cette dernière, une image dudit plan 21 qui est constituée (figures 2 et 3) par un ensemble de traits parallèles régulièrement espacés 21'a, 21'b, 21'c, 21'd, 21's résultant du découpage réalisé par le sélecteur gaufré. On modifie ensuite la mise au point du microscope de fa çon à l'assurer sur le plan de I'objet et ondéplace la plaque sensible dans le sens de la flèche lOa, d'une fraction de pas p du gaufrage de sélecteur 9. On obtient ainsi une image du plan 22 constituée, comme l'image du plan 21 précédemment décrite, par un ensemble de traits parallèles 22'a, 22'b, 22'c, 22'd, 22 'e, qui s'intercallent entre les traits respectifs 21'a à 21'e de 11 image du plan 21. En renouvelant n fois la modification de mise au point du micrcscope et la translation de la plaque sensible 10, on obtiendra N séries de bandes d'images correspondant à d'autres plans de l'objet, tel que la plan 23. Il va de soi que le pas p de gaufrage du sélecteur 9, la distance entre les plans successifs d'observation de l'objet, ainsi que la largeur et l'écartement des lignes d'images ont été considérablement exagérés sur les figures pour rendre celles-ci plus claires. Dans la réalité le pas 2 est par exemple de l'ordre de 5 à 20 (voir le tableau), la distance entre les plana successifs tels que 21, 22, 23 est par exemple de l'ordre de 0,5 à la , la largeur des lignes d'image telles que 21', 22' et l'in- tervalle entre ces lignes étant alors de l'ordre d'une fraction de ;, , le nombre d'images enregistrables sur une même plaque étant donné par la formule exposée plus haut. Dans le cas où, au lieu d'agencer le dispositif de telle sorte que la plaque sensible 10 puisse subir une translation dans son plan, 1' ensemble sélecteur 9-plaque sensible 10 serait monté de façon à pouvoir pivoter selon la flèche lla (figure 1) autour d'un axe 12 parallèle aux génératrices de gaufrage du sélecteur 9, on obtiendrait un résultat analogue en ce qui concerne l'enregistrement des images (voir figure 4). Pour restituer les images, on peut, le cliché obtenu étant éclairé par derrière par une source diffusante de lumière,l'ob- server à travers un sélecteur gaufré identique au sélecteur 9 utilisé pour l'obtention dudit clichénles génératrices de gaufrage dudit sélecteur étant disposées parallèlement aux lignes d'image. En réalisant un déplacement relatif du cliché et du sélecteur l'un par rapport à l'autre par translation transversalement aux lignes d'images, on peut restituer successivement les images correspondant aux divers plans d'observations de l'objet, par une transformation inverse de celle réalisée lors de l'impression de la plaque sensible, chacune des coupes enregistrées posant ainsi être observée séparément. On peut également réaliser cette cservation de restitution en éclairant simultanément sur le cliché toutes les lignes qui constituent une image correspondant à un plan donné d'observation de l'objet. On peut utiliser avantageusement à cet effet le montage qui fait l'objet de la figure 5. Ce montage comprend une source lumineuse constituée par une fente allongée 13, de largeur d, éclairée par un système optique 14 et placée à une distance D' de la surface gaufrée d'un sélecteur 15 de pas de gaufrage et de courbure Identiques à ceux du sélecteur 9 utilisé pour la prise de vues et dont l'épaisseur est égale à sa distance focale. Le cliché 10 à éclairer par transparence est appliqué contre 1 face plane du sélecteur 15, les lignes d'images étant horizontales, et un écran de verre dépoli 16 est appliqué contre le cliché 10, sa face dépolie 16a étant située du côté opposé à ce dernier. Si l'on règle la largeur d de la fente 13 à la valeur d i'D' D i' et D' étant respectivement le diamètre de la pupille de sortie du microscope utilisé pour la prise de vues et la distance a 3a- quelle le cliché est observé et D la distance de la pupille de sortie, le sélecteur divise le faisceau élcairant issu de 1 Pour restituer les images ainsi stockées sur un même cliché, on peut, soit observer le cliché à travers un sélecteur identique à celui utilisé pour a prise de vues, disposé entre le cliché et l'oeil de 11 observateur, soit éclairer séparément chaque ligne constituant une seule et même image stockée, l'aide d'une fente lumineuse émettant un faisceau divisé par un sélecteur tel que ci-dessus mentionné interposé entre ladite fente et le cliché à observer, et en recevant les faisceaux individuels correspondants, chacun à une ligne sur une surface diffusante interposée entre le cliché et l'oeil de l'observateur à une distance du cliché telle que les images des lignes qui sty forment soient juxtaposées pour reconstituer l'image. En déplaçant le sélecteur 15 dans le sens vertical de la figure 5, par rapport au cliché 10, ou réciproquement, on restitue successivement toutes les images stockées sur le cliché. Objectif Ouverture focale grandisse- #z pas de gau- N N n sinu f (mm) ment frage (gaufrage (gaufrage g p=###### ouvert à ouvert à f/3) f/2) 5 X 0,09 25 25 31 78 46 70 50 156 92 140 10 X 0,25 16 50 4 56 33 50 100 112 66 100 20 X 0,50 7 100 0,9 56 33 50 200 112 66 100 40 X 0,64 4 200 0,5 86 51 76 172 102 154 60 X 0,75 3,2 300 0,4 112 66 100 600 224 132 200 0,85 600 0,25 209 124 187 1200 418 248 374 REVENEICATICNS 1. Dispositif de stockage sur un seul cliché photographique d'images microscopiques multiples d'un objet transparent optiquement épais correspondant à des plans successifs parallèles d'un objet associé à un microscope photographique classique et caractérisé par un sélecteur gaufré, de pas déterminé, disposé en position moyenne dans le plan focal du projectif du microscope, le support de la surface sensible étant disposé de façon que ladite surface sensible se trouve dans le plan focal image du sélecteur, des moyens étant prévus pour déplacer sur la plaque au moins l'un des éléments de l'ensemble sélecteur-surface photosensible tout en maintenant des génératrices de gaufrage du sélecteur parallèles à ellesmAemes et ladite surface photosensible du plan focal du sélecteur de telle sorte que le point d'intersection de l'axe optique du microscope et de la surface photosensible se déplace sur la plaque dans une direction perpendiculaire auxdites génératrices. 2. Dispositif de stockage selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de déplacement d'au moins un élément de l'ensemble sélecteur-surface sensible sont conçus pour assurer la translation de la surface sensible dans son plan en laissant le sélecteur immobile. 3. Dispositif de stockage selon la revendication 2, caractérisé en ce que le support de la surface sensible est monté dans une glissière en prévoyant une vis micrométrique agencée pour commander le coulissement de ce support dans ladite glissière. 4. Dispositif de stockage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 comportant des moyens de déplacement d'au moins un élément de l'ensemble sélecteur-surface sensible caractérisé en ce que lesdits moyens sont également agencés pour assurer la rotation de ensemble sélecteur-surface sensible autour d'un axe parallèle aux génératrices de gaufrage du sélecteur. 5. Dispositif de stockage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 comportant des moyens de déplacement, d'au moins un élément sélecteur-surface sensible, agencés pour assurer la rotation de ensemble sélecteur-surface sensible autour d'un axe parallèle aux génératrices de gaufrage du sélecteur caractérisé en ce qu'une vis micrométrique est prévue pour coopérer avec une roue tangente solidaire en rotation dudit ensemble.