Brevet FR2433767A1 — publié le 19800314

L'invention concerne un dispositif à éclairage incident pour microscope permettant le passage d'un éclairage pour fond clair à un éclairage pour fond noir. Dans les éclairages incidents pour fond clair du type mentionné, le faisceau lumineux envoyé par la source lumineuse et reçu par le collecteur - généralement par l'intermédiaire de lentilles additionnelles de formation,d'îmage et d'un miroir plan partiellement transparent - est dirigé pour passer par le centre de l'objectif du microscope. Quand on passe à un éclairage incident pour fond noir, un dispositif connu prévoit, sur le parcours du faisceau, le montage d'un dispositif, symétrique en rotation, et formant escalier pour la lumière et grâce auquel le faisceau de rayons lumineux, qui est circulaire en section transversale, est transformé en un faisceau de rayons lumineux de section transversale annulaire, qui après déviation par un miroir plan annulaire vient frapper l'objectif du microscope et est défléchi ou focalisé en vue de l'éclairage de l'objet par un condenseur annulaire entourant l'objectif du microscope.L'inconvénient de cette disposition vient du fait qu'en raison de la divergence du faisceau de rayons lumineux annulaire entre l'escalier à lumière et le condenseur annulaire pour fond noir, seule une partie de la lumière envoyée par l'escalier à lumière et frappant par le collecteur, est reçue par le condenseur annulaire pour fond noir et est envoyé. sur l'objet, tandis qu'une partie de la lumière n'est pas utilisée pour l'éclairage indirect sur fond noir.De ce fait, la luminosité de l'image observée sur fond noir ne satisfait pas à toutes les exigences Selon un autre dispositif connu (brevet autrichien NO 297369), on ininterpose, lors du passage à 11 éclairage incident pour fond noir, un diaphragme central qui obscurcit la partie centrale du fåie- ceau lumineux de section transversale circulaire et n'utilise que la partie annulaire externe pour l'éclairage incident sur fond noir.Bien qu'il soit possible d'obtenir, au moyen de lentilles formatrices d'images disposées centralement contre le collecteur et l'objectif du microscope, une image du filament de la lampe à l'endroit de la pupille de l'objectif du microscope ou à proxi mittÉ du condenseur annulaire pour fond noir entourant l'objectif et bien que l'on évite ainsi les insuffisances du dispositif précédemment décrit en ce qui concerne la divergence des rayons, cette disposition présente cependant plusieurs inconvénients. L'un de ces inconvénients consiste dans le fait qu'une partie importante du faisceau de rayons lumineux reçu par le collecteur est assombri par l'éclairage sur fond noir et est inefficace. Les parties externes efficaces de l'image du filament dans un éclairage pour fond noir présentent, en général, une'densité lumineuse plus faible que celle des parties centrales, et la structure du filament apparaît, en outre, de façon gênante et avec une densité lumineuse ou luminence variable dans l'image du filament nécessairement importante qui doit recouvrir la pupille de l'objectif et l'anneau à champ noir qui l'entoure. Un autre inconvénient réside dans le fait qu'une séparation totale des rayons pour l'éclairage pour fond clair et l'éclairage pour fond noir par un diaphragme central n'est pas possible sans effet d'obscurcissement et sans nuire davantage à la luminosité quand le diaphragme central est disposé à l'avant du miroir annulaire de déviation. Si le diaphragme central est disposé en un endroit où se forme une image intermédiaire du filament, cette séparation est alors possible mais les lentilles qui suivent constituent des sources de lumière perturbatrices, du fait de réflexionsen zig-zag inévitables qui provoquent la formation d'une lumière parasite indésirable et parvenant dans l'objectif en empêchant la formation de contrastes dans l'image sur fond noir de l'objet. Selon. un autre dispositif connu (brevet allemand NO 2331750), qui se réfère au dispositif décrit plus haut, le faisceau du champ noir est reproduit sous la forme d'un anneau lumineux.à proximité du condenseur annulaire pour champ noir entourant l'objectif au moyen d'un miroir se présentant sous forme d'un corps de révolution réfléchissant sur sa surfaee interne et en liaison avec un autre élément optique disposé centralement, ce faisceau traversant alors une ouverture cylindrique relativement longue et étroite du pied du microscope, L'inconvénient du dispositif d'éclairage qui vient d'être décrit consiste dans le fait qu'une partie importante du faisceau de rayons lumineux reçus par le collecteur est obscurcie lors de l'éclairage pour fond noir et reste inefficace. En outre, il est également désavantageux que les parties exter nes de l'ensemble du faisceau de rayons lumineux reçu par le collecteur , et dont la luminosité est plus réduite, soient utilisées pour le faisceau du champ noir Un autre inconvénient vient de ce qu' après la réflexion sur le miroir mentionné, il se produit un croisement des rayons et le faisceau du champ noir est réfléchi par le miroir plan de déviation partiellement transparent. Il en résulte des pertes de lumière et le miroir plan constitue une source supplémentaire de perturbations en donnant naissance à une lumière parasite indésirable parvenant dans l'objectif et empêchant la formation de contrastes dans l'image sur fond noir de l'objet. Dans un autre dispositif connu (brevet allemand NO 2542075), qui fait suite à celui qui vientd'être décrit, on évite, en interposant dans le faisceau lumineux et à l'arrière du miroir de déflexion, une lentille annulaire de forme différente, l'inconvénient selon lequel le faisceau de champ noir est réfléchi par la zonepartiellement transparente du miroir de déflexion, ce qudanécessairement pour effet de fortes pertes de lumière et le miroir plan constitue une source de perturba tions.Oependant les inconvénients inhérents à l'interpositor d'un diaphragme central sur le passage de l'éclairage sur fond noir subsistent. L'invention a pour objet d'augmenter l'efficacité d'un dispositif à éclairage incident, permettant le changement rapide entre un éclairage pour fond clair et un éclairage pour fond noir, en particulier lorsqu'il s'agit d'un éclairage pour fond noir plus difficile à réaliser En conséquence, l'invention a pour objet de créer un dispositif à éclairage incident qui permet un changement rapide entre un éclairage pour fond clair et un éclairage- pour fond noir et dans lequel on peut obtenir une luminosité optimale lors de l'éclairage incident pour fond noir en utilisant efficacement et simultanément la lumière envoyée par la source lumineuse et reçue par le collecteur, et qui permet en outre d'éviter, dans de fortes proportions, des lumières parasites de manière que l'image sur fond noir de l'objet se présente avec de forts contrastes. Selon l'invention, le problème est résolu par un dispositif d'éclairage comprenant un escalier à lumière symétrique en rotation et. dans lequel la divergence méridienne du faisceau de rayons lumineux de section transversale annulaire est limitée par une courbe concave en section méridienne d'au moins un miroir de l'escalier à lumière symétrique en rotation et/ou par au moins une surface d'entrée et/ou de sortie de lumière de forme annulaire et qui est prévue sur un corps transparent situé dans le faisceau de rayons de section annulaire et à l'avant de l'objectif du microscope, la surface ayant une courbe-méridien- ne convexe dont le centre optique est situé en dehors de l'axe optique du passage des rayons lumineux d'éclairage au moins à proximité du faisceau de rayons lumineux de section annulaire, de sorte que le faisceau de rayons lumineux de section annulaire soit concentré en formant un anneau étroit autour de l'objectif du microscope. Un dispositif d'éclairage selon l'invention de construction particulièrement simple, est constitué par un escalier à lumière symétrique en rotation se présentant sous forme d'un corps compact transparent, dont la surface de sortie de la lumière optiquement réfringente présente une courbe méridienne convexe. Un dispositif d'éclairage est généralement avantageux du point de vue optique lorsqu'un corps annulaire transparent monté en aval de l'escalier optique est disposé dans le faisceau de rayons de section annulaire, dont la surface d'entrée et/ou de sortie de lumière présente une courbure méridienne convexe. Pour simplifier le mécanisme de changement entre l'éclairage pour fond clair et l'éclairage pour fond noir, le diamètre interne du corps annulaire est choisi plus important que le diamètre du faisceau de rayons lumineux de section annulaire, mesuré à l'endroit du corps annulaire, de manière que sa position puisse être maintenue centrée par rapport à l'axe optique du passage des rayons d'éclairage aussi bien pour un éclairage. sur fond noir que pour un éclairage sur fond clair. Même quand on observe des champs importants, l'ensemble peut être réalisé sous une forme compacte quand le faisceau de rayons lumineux de section annulaire entourant le diviseur de rayons est rassemblé coniquement pour former un diamètre annulaire plus petit. L'allure conique est retransformée en allure cylindrique par une surface d'entrée et/ou de sortie de lumière présentant une courbure méridienne convexe, et située sur au moins un corps annulaire transparent disposé, à l'avant de l'objectif du microscope, sur le parcours de rayons du faisceau de rayons lumineux de section annulaire. Chacune des courbes méridiennes convexes mentionnées des surfaces d'entrée et/ou de sortie ae lumière annulaires disposées dans le faisceau de rayons de section annulaire peut se présentersous la forme d'une lentille sphérique, asphérique ou de Fresnel. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Des formes de réalisation de l'objet de l'invention sont représentées, à titre d'exemples non limitatifs, aux dessins annexés. La fig. 1 représente en coupe les éléments optiques d'un dispositif à éclairage incident selon l'invention, comprenant un escalier à lumière, symétrique en rotation, et un corps annulaire transparent comprenant une surface d'entrée et de sortie de lumière torique convexe. La fig. 2 montre, en coupe, les éléments optiques d'un dispositif d'éclairage selon l'invention comprenant un escalier à lumière symétrique en rotation dont est représentéeseulement une moitié et qui, réalisé en une matière transparente, présente une surface de sortie de lumière de forme convexe torique La fig. 3 représente en coupe les éléments optiques d'un dispositif d'éclairage selon l'invention comprenant un escalier à lumière symétrique en rotation et un miroir annulaire externe de forme concave asphérique. Pour mettre en évidence les parcours des rayons, les rayons lumineux limitant les faisceaux respectifs sont représentés sur les figures sous forme de traits fins Les faisceaux de rayons lumineux destinés à l'éclairage sur fond noir et sur fond clair sont émis par source de lumière 1 et rencontrent un collecteur 2 qu'ils quittent sous forme d'un faisceau de rayons lumineux dirigé centralement par rapport à l'axe optique o-0' du parcours du faisceau d'éclairage La fig. 1 représente un dispositif d'éclairage dans lequel un diaphragme d'ouverture 3 et une lentille 4 disposée en amont d'un diaphragme de champ5 se suivent en étant centrés par rapp > t- à l'axe optique o-O' du parcours du faisceau d'éclairage. Lorsqu'il s'agit un éclairage pour fond clair, les rayons lumineux provenant du diaphragme de champ 5 traversent une lentille 6 reproduisant une image à l'infini du diaphragme de champ et ils parviennent ensuite centralement sur un objectif 7 du microscope qui dirige le faisceau de rayons lumineux sur l'objet 8 en vue de l'éclairage sur fond clair. La direction de l'axe optique 0-0' parcouru par les rayons d'éclairage est déviée de 900 au moyen d'un miroir 9 partiellement transparent et situé entre la lentille 6 reproduisant l'image à l'infini du diaphragme de champ, et l'objectif 7 du microscope, de manière que le parcours des rayons d'éclairage soit séparé du parcours des rayons d'observation qui passent par lé miroir 9 partiellement transparent et centralement à un axe optique 0-O' du parcours des rayons d'observation.A la fig. 1, un escalier à lumière- 10, symétrique en rotation,est disposé et centré par rapport à l'axe optique 0-0' du parcours des rayons d'éclairage entre le diaphragme de champ 5 et la lentille 6 qui suit . De ce fait, on obtient l'éclairage pour fond noir dans lequel lesrsyis lumineux sortant du diaphragme de champ 5 parviennent sur le miroir interne conique Il de l'escalier à lumière 10, symétrique en rotation le miroir annulaire externe 12 de l'escalier à lumière 10, symétrique en rotation, est frappé par les rayons réfléchis par le miroir interne Il dans une direction pratiquement radiale par rapport à l'axe optique o-O' du parcours des rayons d'éclairage et les envoie à nouveau dans une direction parallèle à l'axe optique 0-0' du parcours des rayons d'-éclairage. Les surfaces des deux miroirs 11 et 12 de l'escalier à lumière 10 symétrique en rotation présentent le même angle d'inclinaison par rapport à l'axe optique et provoquent de ce fait un décalage en parallèle des divers rayons1 en créant ainsi un faisceau de rayons lumineux de section annulaire et disposé de façon centrée autour de l'axe optique o-o' du parcours des rayons d'éclairage. Ce faisceau vient frapper un miroir annulaire plan 13 situé dans le plan du miroir partiellement transparent 9, et va de là en direction de l'axe optique 0'-0 du parcours des rayons d'observation 7 passe autour de l'objectif 7 du microscope et parvient sur un condenseur annulaire 14 qui le dirige sur l'objet 8.Dans le faisceau de rayons lumineux de section annulaire est disposé, centré par rapport à l'axe optique o-o' du parcours des rayons d'éclairage, un corps annulaire transparent 15 pourvu de surfaces d'entrée et de sortie de lumière convexe torique. Le corps annulaire transparent permet d'obtenir une réduction importante de la divergence du faisceau de rayons de section annulaire,et le concentrer en un anneau étroit autour de l'objectif 7 du microscope. Ainsi, on peut éviter des pertes de lumière et tous les rayons lumineux réfléchis régulièrement par le miroir annulaire externe 12 de l'escalier à lumière 10 symétrique en rotation parviennent sur l'objet 8 sans que le canal destiné au faisceau de rayons lumineux pour l'éclairage sur fond noir ou le condenseur annulaire doivent présenter des dimensions importantes par rapport à l'objectif Le diamètre intérieur du corps annulaire transparent 15 est plus important que celui du faisceau de rayons lumineux de section circulaire destiné à l'éclairage sur fond clair ne passant pas par le corps 15. Le corps 15 reste donc dans sa position centrée par rapport à l'axe optique du parcours des rayons d'éclairage lorsqu'on passe d'un éclairage pour fond clair à un éclairage pour fond noir.Du fait de la section plus faible du faisceau de rayons de section annulaire par rapport à la section du rayon du dispositif d'éclairage connu à escalier de lumière symétrique en rotation, le faisceau de rayons lumineux,pour l'éclairage sur fond noir, peut être encore séparé de façon plus efficace du trajet des rayons d'observation. L'escalier à lumière 10 ,symétrique en rotation dont est représentée seulement une moitié à la fig. 2, est réalisé sous forme d'un corps transparent compacte comprenant les surfaces réfléchissantes 11 (miroir interne) et 12 (miroir annulaire externe) et la surface de sortie de lumière torique convexe 16 et optiquement réfringente.En dessous de l'axe optique 0-O' du parcours des rayons d'éclairage, la fig. 2 montre le parcours des rayons destinés à un éclairage sur fond clair lorsque l'escalier à lumière 10 symétrique en rotation est hors circuit. Les centres de courbure des courbes méridiennes de la surface de sortie de lumière 16 sont situés sur un cercle autour de l'axe 0-0' du parcours des rayons d'éclairage qui est plus petit que celui des transformations de l'axe optique 0-0' du parcours des rayons d'éclairage déterminé par les miroirs Il et 12 de l'escalier à lumière 10 symétrique en rotation ainsi, on obtient non seulement une diminution de la divergence du faisceau de rayons lumineux annulaire sortant de l'escalier à lumière symétrique en rotation, mais également son allure conique pour former un anneau de plus petit diamètre. L'effet mentionné en dernier peut également être obtenu de la même manière au moyen d'un corps annulaire transparent ou en modifiant l'inclinaison de l'un des miroirs de l'escalier à lumière symétrique en rotation. Dans un montage de ce type représenté à la fig. 2, le faisceau de rayons lumineux de section circulair atteint un diamètre suffisamment petit et reprend une forme cylindrique après être réfléchi par le miroir annulaire plan 13 en amont de l'objectif 7 du microscope. Dans le dispositif représenté, un corps annulaire transparent 17 à surfaces d'entrée et de sortie de lumière convexes toriques'est disposé entre le miroir annulaire plan 13 et l'objectif 7 du microscope.Les centres de courbure des courbes méridiennes des surfaces d'entrée et de sortie de lumière sont situés sur un cercle entourant l'axe 0-0' du parcours des rayons d'éclairage et simultanément l'axe 0'-0" du parcours des rayons d'observation,ce cercle étant supérieur à celui des transformations de l'axe optique 0-0' du parcours des rayons d'éclairage produites par les miroirs Il et 12 ainsi que par la surface de sortie de lumière 16 de l'esca- lier à lumière 10 symétrique en rotation lors du passage des rayons à travers ces surfaces qui sont transformées de ce fait et passent d'une allure à enveloppe conique à une allure à enveloppe cylindrique.En outre, les surfaces toriques selon l'invention déterminent une convergence faisceau de rayons lumineux de section transversale annulaire dans le plan méridien. Le montage qui vient d'être décrit permet de réaliser un dispositif compact en utilisant en particulier un canal d'éclairage pour fond noir plus petit et un condenseur annulaire de faibles dimensions tout en exploitant complètement la lumière, et on obtient en même temps une divergence relativement importante du parcours des rayons d'observation sortant de l'obåec- tif 7 et,de ce fait, une formation d'image sans obscurcissement pour des champs d'objectif plus importants en utilisant un diviseur de rayons grande surface constitué sous forme d'un miroir 9 partiellement transparent. Un dispositif d'éclairage selon l'invention, comprenant un axe optique o'-ol' du parcours des rayons d'observation dévié par un miroir 9 partiellement transparent et un axe optique o-o'du parcours des rayons d'éclairage passant par le miroir 9 partiellement transparent, est représenté à la fig.3. Dans l'axe optique o-o' du parcours des rayons d'éclairage sont disposés successivement dans la direction de la lumière: une source de lumière 1, un collecteur 2, puis un diaphragme de champ 5 dont une image est reproduite à l'infini par une lentille 6 lors de l'éclairage pour fond noir. La lentille 6 est suivie du miroir 9 partiellement transparent, objectif 7 et un objet 8. le faisceau de rayons lumineux de section circulaire passe entre le diaphragme de champ 5 et lentille suivante 6, un escalier à lumière 10 symétrique en rotation qui est disposé centralement dans ltaxe optique 0-O' du parcours des rayons d'éclairage. le faisceau est transformé par l'escalier 10 pour prendre la forme d'un faisceau de rayons lumineux de section annulaire qui vient frapper sans subir aucune autre influence un condenseur annulaire 14 et crée l'éclairage sur fond noir de l'objet 8. La réduction de la divergence méridienne du faisceau de rayons lumineux de section annulaire,de manière à ce qu'il soit concentré sous forme dtun anneau étroit autour de l'obåec- tif du microscope, est réalisée dans ce cas par une surface torique concave optiquement réfléchissante et réalisée en tant que miroir annulaire externe 12 de l'escalier à lumière 10 symétrique en rotation. Le miroir interne 11 de l'escalier à lumière 10 symétrique en rotation est de forme conique, comme dans les autres exemples décrits, sa pointe étant dirigée vers le collecteur. Selon les dimensions et la position des éléments optiques d'un dispositif d'éclairage, on peut cependant obtenir de meilleurs résultats avec un miroir interne de forme torique ou de sa combinaison avec un miroir annulaire externe de forme torique de l'escalier à lumière symétrique en rotation, ces résultats étant plus favorables du point de vue de leur fabrication et d'un guidage plus avantageux des rayons lumineux pour l'éclairage sur fond noir Les exemples décrits montrent des possibilités de réalisation d'un dispositif d'éclairage selon l'invention, mais ils ne présentent pas toutes les possibilités de mise en oeuvre du fait que presque toutes les combinaisons des surfaces toriques décrites, optiquement réfléchissantes et optiquement réfringentes, en liaison avec un escalier à lumière symétrique sont valables pour un dispositif d'éclairage de dimensions correspondantes. Pour ces raisons, des surfaces optiquement réfringentes à courbure méridienne concave ou un miroir bombé convexe en coupe méridienne de l'escalier à lumière symétrique en rotation peuvent permettre d'obtenir une configuration avantageuse des rayons au moyen des surfaces optiques mentionnées. En outre, on peut, selon les circonstances, trouver pour chaque surface torique des surfaces équivalentes mieux appropriées dont la courbe méridienne présente la meme section que la surface d'une lentille de Fresnel, et elle est alors subdivisée en zones diverses dont chacune présente une forme torique. On peut également utiliser des surfaces spéciales à courbe méridienne asphérique-dont la fabrication cependant est, en général, plus compliquée que celle de surfaces toriques. REVENDICATIONS 1 - Dispositif à éclairage incident pour microscopes, au moyen d'un faisceau de rayons lumineux de section circulaire pour l'éclairage sur fond clair, le faisceau passant dans un di- viseur de rayons optique pour séparer le parcours des rayons d'observation du parcours desrayons d'éclairage quand il s'agit d'un éclairage sur fond clair et qui passe au centre de l'objec- tif du microscope, et au moyen d'un faisceau de rayons lumineux de section annulaire quand il s'agit d'un éclairage sur fond noir, le faisceau passant autour du diviseur de rayons optique et de l'objectif du microscope, en émanant d'un escalier à lumière symétrique en rotation qui est inséré dans le faisceau de rayons lumineux de section circulaire en amont du diviseur de rayons et dans l'axe optique du parcours des rayons d'éclairage et qui, par réflexion sur son miroir interne dont la pointe est dirigée vers le faisceau de rayons incident et ensuite par son miroir annulaire externe,transforme le faisceau de rayons lumineux de section circulaire en un faisceau de section annulaire, caractérisé en ce que la divergence méridienne du faisceau de rayons lumineux de section annulaire est limitée par une courbure concave en section méridienne d'au moins l'un des miroirs de l'escalier à lumière symétrique en rotation et/ou par au moins une surface d'entrée et/ou de sortie de lumière d'un corps transparent disposé dans le faisceau de rayons lumineux de section annulaire, la surface ayant une courbe méridienne convexe dont le centre optique est situé en dehors de l'axe optique du parcours des rayons d'éclairage au moins à proximité du faisceau de rayons lumineux de section annulaire de manière que le faisceau de rayons lumineux de section annulaire soit concentré sous la forme d'un anneau étroit autour de l'objectif du microscope. 2 - Dispositif à éclairage incident selon la revendication 1, dans lequel l'escalier à lumière symétrique en rotation est constitué par un corps compact transparent, caractérisé en ce que la surface de sortie de lumière optiquement réfringente de l'escalier à lumière symétrique en rotation présente une courbure méridienne convexe 3 - Dispositif à éclairage incident selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'escalier à lumière symétrique en rotation est disposé en aval d'un corps annulaire transparent présentant une surface d'entrée et/ou de sortie de lumière à courbure méridienne convexe disposé dans le faisceau de rayons lumineux de section annulaire. 4 - Dispositif à éclairage incident selon la revendication 3, caractérisé en ce que le diamètre interne d'au moins l'un desdits corps annulaires est plus grand que le diamètre du faisceau de rayons lumineux de section circulaire mesuré à l'endroit du corps annulaire, ledit corps maintenant sa position centrée par rapport à l'axe optique du parcours des rayons d'éclairage aussi bien lors de l'éclairage sur fond noir que lors de l'éclairage sur fond clair. 5 - Dispositif à éclairage incident selon la revendication 4, destiné en particulier à l'observation de champs importants, caractérisé en ce que le faisceau de rayons lumineux de section annulaire entouréle diviseur de rayons optique en présentant une forme conique d'un petit diamètre annulaire et ceci jusqu'à un corps annulaire transparent dont la surface d'entrée et/ou de sortie de la lumière présente une courbure méridienne convexe dont le centre optique est situé dans une zone externe ou en dehors du faisceau de rayons lumineux de section annulaire. 6 - Dispositif à éclairage incident n- l'une des reven- dications 1 à 5, caractérisé en ce qu'au moins l'une des courbes méridiennes convexes présente la forme d'une section méridienne de l & surface d'une lentille de Fresnel convexe.