Brevet FR2589253A1 — publié le 19870430

La présente invention concerne un dispositif pour la mise au point automatique des microscopes. Un tel dispositif trouve une utilité particulière dans les installations comportant des moyens pour l'observation par un microscope d'une série d'échantillons se présentant de manière séquentielle devant l'objectif, les images successives de ces échantillons étant captées par une caméra vidéo, elle-même connectée à un système informatique pour leur exploitation. Dans une telle installation il est important que la mise au point soit réalisée en permanence, c'està-dire que le microscope comporte des moyens pilotant constamment la platine afin que la surface élémentaire de chaque lame à analyser soit bien placée dans le plan focal objet de l'objectif du microscope. Des dispositifs destinés à cet usage sont connus. Ils comportent généralement une cellule photo-électriqe, recevant l'image donnée par le dispositif optique et délivrant une tension proportionnelle à l'intensité lumineuse moyenne de cette image, de manière à commander la mise au point de ce dispositif. Bien que le principe de base sur lequel repose ces dispositifs soit parfaitement correct, et que, pour la plupart des applications ces dispositifs soient suffisamment précis, il existait un domaine technique particulier o ce n'était pas le cas, à savoir celui faisant appel à l'analyse d'image, dans laquelle chaque point de l'image doit être considéré individuellement. En effet, dans la technique classique, on ne fait appel qu'à une intensité lumineuse représentant une moyenne de celles de tous les points, ce qui exclue évidemment la possibilité de repérage des points individuels en fonction de leur intensité lumineuse propre. Au contraire, la présente invention utilise le balayage vidéo pour rechercher dans chaque image le point le plus lumineux, pour ensuite rechercher la position de la platine pour laquelle l'intensité lumineuse de ce point est maximale. ' A cet effet, selon l'invention dans son principe, la vis micrométrique de réglage du microscope, qui détermine les déplacements de la platine, est accouplée à un moteur, dont la commande est elle-même asservie par le signal vidéo recueilli par la caméra. Tant que le point de focalisation n'est pas atteint, le moteur est commandé, en sens et en vitesse de rotation. A cet effet, à chaque instant, la valeur maximum du 2 2589253 signal vidéo est comparée à la précédente. Dès que cette valeur commence à baisser, le sens de rotation du moteur est inversé, et la vitesse de rotation diminuée. Par cette procédure itérative, la platine est amenée et maintenue à la position de focalisation sans qu'il en résulte un ralentissement du processus d'analyse des échantillons. Selon une caractéristique importante de l'invention, dans la pratique, l'ensemble du système est commandé par deux cartes électroniques, la première de ces cartes commandant la puissance du moteur et la seconde pilotant la première à partir de la demande de focalisation de l'unité centrale de l'ordinateur, en fonction de l'analyse du signal vidéo fourni par la caméra. L'invention sera mieux comprise grâce à la description ci-après, se référant au dessin annexé sur lequel: La figure I est une représentation schématique de l'ensemble du dispositif selon l'invention, associé à un microscope. La figure 2 est un schéma destiné à l'illustration du mode de fonctionnement du dispositif, et Les figures 3a et 3b sont deux courbes destinées à la même illustration. On se référera tout d'abord à la figure 1, sur laquelle on a représenté très schématiquement un microscope optique dont l'objectif 2 est fixepar rapport au statif 1. La lame porte- échantillon 3, est portée par une platine 4 pouvant être manoeuvrée verticalement et repérée par un micro-interrupteur 5, au moyen d'une vis micrométrique 6 commandée par un groupe moteur/réducteur 7; dans cette réalisation, le moteur est du type pas à pas et le réducteur a un rapport permettant d'avoir une grande résolution et un couple approprié. L'image de l'échantillon est captée par une caméra vidéo 8 dont le signal est analysé par une unité de pilotage II, qui à son tour, en fonction de cette analyse, gère le fonctionnement du moteur 7, en sens et en vitesse de rotation, par l'intermédiaire de la carte I. Cette dernière assure la conversion digitale du micro-interrupteur 5. La focalisation est réalisée de la façon suivante: Le signal vidéo venant de la caméra 8, donne, pour tout point de l'image du dessus de la lame 3 portant l'échantillon considéré, lui-même situé à une distance Z de l'objectif 2, une tension 3 Z 2589253 proportionnelle à son intensité lumineuse, et dans une telle image, il faut alors rechercher l'intensité maximale IM. La mise au point est atteinte quand est détectée l'intensité maximale IMB du point de luminosité maximale IM. Cette détection de IMm se réalise en procédant, dans un premier temps, à un échantillonage grossier permettant de localiser la plage dans laquelle pourra se faire la focalisation, puis, dans un deuxième temps, à un échantillonage fin pour le repérage de la valeur ZM recherchée, le tout étant bien entendu piloté par l'unité 11. En se référant à la figure 2, qui fait apparaître les distances Z du dessus de la lame 3 à l'objectif 2, les valeurs repérées pour Z sont dans le cas adopté comme exemple: Z3: 1800 rm - position maximale admissible de focalisation Z2: 1500 pm - position moyenne de focalisation Zl: 1200 pm position minimale admissible de focalisation Z4: 2000 rm - position de l'objectif ZO: O pm - position minimale de la lame repérée par micro-interrupteur 5. Les différentes étapes du processus sont alors: a- Focus du premier champ. La lame 3, étant en position ZO, est déplacée rapidement jusqu'à Z1, sans échantillonage. Depuis la position Zl, on échantillone le signal vidéo, en faisant tourner le moteur jusq'à ce que l'on rencontre pour la première fois une valeur d'intensité lumineuse Ip inférieure à la précédente Ip-l. C'est ce qui est schématisé sur la courbe de la figure 3a, o le sens de parcours de la platine est Pl (de Z1 à Z3), et on s'arrête au point Zp o Ip On inverse alors le sens de rotation du moteur, et le sens de parcours devient P2(figure 3b). La rotation du moteur, 3 dont la vitesse a été réduite, s'effectue jusqu'à rencontrer la première valeur d'intensité lumineuse Ir inférieure à la précédente Ir-l. On revient alors à la position Zr-l, ce qui correspond au point de focalisation ZM. Si au cours de la phase de focalisation aucune intensité lumineuse n'a été détectée jusqu'à la position Z3, c'est que le 4 2589253 champ est vide. On revient alors en position Z1 sans échantillonnage. D'autre part si une intensité lumineuse est détectée supérieure à un certain seuil donné alors c'est que l'on a affaire à un champ parasite. On revient également en position Z1 sans échantillonnage. b- Focus inter-champ: Deux cas peuvent se présenter pour la position de la lame - Position Z1: la focalisation est réalisée selon le même procédé que le focus du premier champ. - Position ZM du champ précédent: on échantillonne le signal vidéo sans déplacer la platine. Si aucune intensité n'a été détectée, il s'agit d'un champ vide et la platine revient en position Z1. Dans l'autre cas, on commence par rechercher la focalisation vers le haut selon le même procédé que pour le focus premier champ, et en cas d'échec on fait la recherche vers le bas. On détecte également l'apparition d'un champ parasite. Cette mise en oeuvre du système selon l'invention peut se faire de manière entièrement automatique, c'est-à-dire pilotée par l'unité II à partir de la mise en place de la lame à la position repère ZO, ou bien manuellement, l'opérateur pouvant faire monter et descendre la platine en agissant sur les touches d'un clavier de commande. Il convient de noter que ce dispositif peut servir indifféremment en lumière directe et en épifluorescence, puisque la recherche de l'IMn se fait de façon identique pour des objets IMn sombres sur fond clair ou inversement. Une telle possibilité n'existe dans aucun système du même genre connu actuellement. De même ce système fonctionne de manière similaire avec une caméra vidéo délivrant un signal aux normes CCIR basé sur 50 Hz (pays européens) ou EIA (60 Uz, aux USA). Enfin, en ce qui concerne la partie mécanique du système, c'est-à-dire l'entraînement de la molette de réglage en hauteur de la platine, outre les caractéristiques indiquées plus haut pour le moteur et le réducteur, on peut préciser que la liaison entre la sortie dudit réducteur et la vis micrométrique se fait au moyen d'un joint flexible, amortissant les accélérations et supportant les défauts d'alignement. 2589253 REVENDICATIONS i. Dispositif pour la mise au point automatique d'un instrument d'optique, notamment d'un microscope, caractérisé en ce que la vis micrométrique déterminant les déplacements verticaux de la platine par rapport à l'objectif est accouplée à un groupe moteur réducteur asservi au signal video recueilli par une caméra vidéo recevant l'image donnée par l'instrument et traitée par un ordinateur, la rotation du moteur étant commandée à chaque instant en sens et en rotation jusqu'à ce que l'intensité lumineuse de ladite image ait atteint son intensité maximale. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que en vue d'une en vue d'une exploitation en lumière directe, le signal vidéo est inversé et la rotation du moteur est commandée à chaque instant en sens et vitesse jusqu'à ce que le point élémentaire le moins lumineux de ladite image ait atteint son intensité minimale. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit signal étant constamment comparé au précédent, le sens de rotation du moteur est inversé dès qu'une valeur devient inférieure à la précédente, et par itération, la platine est amenée à la position de focalisation. 4. Dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'ensemble du système est commandé par deux cartes électroniques, la première de ces cartes commandant la puissance du moteur, et la seconde pilotant la première à partir de la demande de focalisation, en fonction de l'analyse du signal vidéo fourni par la caméra. 5. Dispositif selon les revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite demande de focalisation est effectuée par l'unité centrale de l'ordinateur. 6. Dispositif selon les revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite demande de focalisation est effectuée directement par l'utilisateur au moyen de touches de commande. 7. Dispositif selon les revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ladite demande de focalisation est effectuée sur le premier champ de la lame, en faisant une recherche à partir d'une position de repère réglable selon l'objectif. 8. Dispositif selon les revendications 1 à 6, caractérisé en 6 2589253 ce que ladite demande de focalisation est effectuée sur un champ intermédiaire en prenant comme repère la position du champ précédent. 9. Dispositif selon les revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite deuxième carte électronique de pilotage permet de détecter un champ vide et un champ parasite comportant un ou plusieurs objets trop lumineux. 10. Dispositif selon les revendications 2 à 4, caractérisé en ce que ladite deuxième carte électronique de pilotage permet de détecter un champ vide et un champ parasite comportant un ou plusieurs objets trop peu lumineux.