Brevet FR3076912A1 — publié le 20190719

DISPOSITIF D'ECLAIRAGE DE MICROSCOPE PERMETTANT D'EFFECTUER LA MISE AU POINT DE L'IMAGE D'UN OBJET DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne un dispositif d'éclairage permettant d'effectuer la mise au point visuelle d'une image fournie par un microscope par la mise en coïncidence de deux images de l'objet observé. A ce titre, le dispositif d'éclairage dédouble l'image de l'objet quand la mise au point n'est pas assurée et l'écart entre les images dédoublées est d'autant plus grand que le défaut de focus est important. La mise au point est réalisée quand les deux images de l'objet sont superposées. DESCRIPTION DU PROBLEME La mise au point visuelle de l'image d'un objet fournie par un microscope est une opération délicate et très subjective qui est variable d'un opérateur à l'autre. L'imprécision et la non reproductibilité qui découlent du caractère subjectif de la notion de netteté affectent les résultats de l'exploitation des images, que cette exploitation soit faite visuellement ou après enregistrement d'images numériques. DEFINITIONS Observation visuelle directe : l'observation au travers des oculaires du microscope par l'observateur. Observation visuelle indirecte : l'observation sur un écran de l'image fournie par une caméra après numérisation de l'image. Focus : synonyme de « mise au point ». « Image au focus » : image nette. « Faire le focus » : faire la mise au point. Focalisation : action de mise au point, c'est-à-dire de modifier la position relative de l'objet par rapport au microscope afin d'obtenir une image nette. Défaut de focus : position relative de l'objet dans le repère du microscope conduisant à une image floue. Position de focus : position relative de l'objet par rapport au microscope pour laquelle on obtient une image nette. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE Des dispositifs de mesure d'un défaut de focus existent dans la technique antérieure et sont principalement utilisés pour réaliser la focalisation automatique des images pour l'enregistrement numérique. Ces dispositifs imposent l'utilisation de capteurs pour effectuer une mesure du défaut de focus. Généralement, une caméra enregistre une image et l'analyse de cette image permet de connaître le défaut de focus. Tous ces dispositifs permettent de fournir une image nette dans le plan focal du capteur mais ne permettent pas de fournir une image nette à l'opérateur en observation visuelle directe : premièrement, l'image pour le capteur est distincte 5 de celle de l'observateur ; deuxièmement, l'observateur regarde l'image au travers d'un ou de deux oculaires qui possèdent un réglage de la netteté indépendant de celle du microscope ; troisièmement, l'observateur peut être affecté de défauts oculaires (myopie, presbytie, hypermétropie) qui par ailleurs varient d'un observateur à l'autre et quatrièmement, l'oeil de l'observateur peut accommoder et donc modifier la mise au point. La mise au point par coïncidence est connue de l'art antérieur et permet d'obtenir une focalisation très précise 10 sur un critère non basé sur la notion subjective de netteté. Cette technique a été longtemps utilisée en photographie et mise en oeuvre avec le système du stigmomètre qui consiste à placer un système optique entre l'objet et l'image. On pourra consulter par exemple le brevet FR982966 intitulé « Perfectionnement aux appareils photographiques ». Une autre méthode connue de l'art antérieur repose sur la projection d'un motif à la surface de l'échantillon, 15 comme décrit dans le document US4406526. Selon ce document, un motif de ligne est tout d'abord décomposé par un système optique afin d'obtenir la recomposition du motif quand la mise au point est effectuée. Ce dispositif ne fonctionne qu'en réflexion. Il impose une surface d'échantillon assez réfléchissante pour fournir une image en réflexion du motif projeté. De surcroit, cette méthode impose d'ajuster parfaitement la position de recomposition du motif et la position de mise au point de l'image de l'objet. Enfin, le dispositif optique 20 permettant la projection du motif doit être retiré après la mise au point pour observer l'objet. Un autre dispositif de mise au point par coïncidence d'images pour la microscopie est décrit dans le document Liao et al., "Single-Frame Rapid Autofocusing for Brightfield and Fluorescence Whole Slide Imaging.", Biomedical Optics Express 7, no. 11 (November 1, 2016): 4763. Dans le dispositif décrit, deux diodes électroluminescentes sont disposées dans la pupille du condenseur d'éclairage du microscope. La position de ces deux diodes 25 électroluminescentes permet, lorsqu'elles sont éclairées, de fournir dans le plan image du microscope, deux images décalées et l'amplitude du décalage dépend de la valeur du défaut de focus. La mesure du défaut de focus découle de l'analyse de l'image numérique enregistrée par une caméra. Pour ce dispositif, il est nécessaire de modifier le condenseur d'éclairage et la présence des deux diodes électroluminescentes dans la pupille du condenseur d'éclairage obturent partiellement le faisceau d'illumination, créant des phénomènes modifiant 30 l'image observée. Par ailleurs, ce dispositif est décrit pour effectuer la mise au point automatique pour une caméra numérique et non pour une mise au point visuelle. L'invention décrite dans le présent document permet de fournir un moyen de réaliser la mise au point visuelle par coïncidence de deux images. Cette invention ne nécessite pas de placer de composant optique entre l'objet et l'image ni de modifier l'optique du condenseur d'éclairage. Dans un mode avantageux, le procédé décrit est mis en oeuvre dans un système d'éclairage sans composant optique. A cet effet, l'invention concerne un dispositif d'éclairage d'un objet qui permet de former deux images de l'objet observé quand la mise au point n'est pas assurée et une seule image de cet objet quand la mise au point est réalisée. Le dédoublement de l'image de l'objet est assuré par l'éclairage de l'objet au moyen de deux sources de lumière placées avant l'objet et l'éclairant simultanément. 5 EXPOSE DE L'INVENTION Dans différents modes de réalisation, la présente invention concerne également les caractéristiques suivantes qui devront être considérées isolément ou selon toutes leurs combinaisons techniquement possibles : le dispositif d'éclairage sera constitué de plusieurs sources discrètes disposées selon une structure 10 d'anneau, le dispositif d'éclairage sera constitué de plusieurs sources discrètes disposées selon une structure de plusieurs anneaux concentriques, le dispositif d'éclairage sera constitué de plusieurs sources discrètes disposées selon une grille ou une matrice, 15 les sources du dispositif d'éclairage ne sont pas diamétralement opposée par rapport à l'axe optique du microscope, le dispositif d'éclairage sera fixé sur le dispositif d'illumination conventionnel du microscope. L'invention concerne également un microscope. Selon l'invention, ledit microscope comprend un dispositif d'éclairement tel que défini précédemment ainsi que : 20 - des moyens mécaniques de positionner le dispositif d'éclairement dans les trois directions de l'espace, d'un moyen électronique de contrôler les sources discrètes du dispositif d'éclairement, Dans différents modes de réalisations possibles, l'invention sera décrite plus en détail en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 représente schématiquement le principe du dispositif d'éclairement, 25 la figure 2A représente le dispositif d'éclairement dans un premier mode de réalisation de la présente invention, les figures 2B et 2C représentent deux configurations particulières de l'invention dans le premier mode de réalisation, la figure 3A représente le dispositif d'éclairement dans un deuxième mode de réalisation de la présente 30 invention, les figures 3B et 3C représentent deux configurations particulières de l'invention dans le deuxième mode de réalisation, la figure 4A représente le dispositif d'éclairement dans un troisième mode de réalisation de la présente invention, - la figure 48 représente une configuration particulière de l'invention dans le troisième mode de réalisation, la figure 5A représente des images expérimentales obtenues avec le premier ou le deuxième mode de réalisation, 5 - la figure 5B représente des images expérimentales obtenues avec le troisième mode de réalisation. La figure 1 donne une description de l'invention. Un objet 100 est placé sur un support transparent 101 comme par exemple une lame de microscope. Un objectif de microscope 102 permet de former une image réelle de l'objet, agrandie ou non et un système d'observation 112 permet d'observer cette image. Le système 10 d'observation peut être composé d'un oculaire 103 qui permet de fournir une image pour l'ceil 104 d'un observateur pour une observation visuelle directe, ou d'une caméra permettant de former l'image sur un écran pour une observation visuelle indirecte. Deux sources 1051 et 1052 sont placées sous l'objet sur un support mécanique 106. Ces sources peuvent être choisies parmi les diodes électroluminescentes, les sources à filament de petites tailles, les diodes lasers, les diodes lasers à cavité verticale. Ces sources peuvent également être créées 15 en plaçant un écran opaque percé placé devant une source étendue. L'axe 110 correspond à l'axe optique. Une première réalisation possible est décrite par la Fig. 2. Dans cet exemple, le support 106 comportant les sources 1051 et 1052 est tel qu'il se place sur un diamètre externe du support 107 de l'optique du condenseur du microscope. La Fig. 2A représente une vue de côté avec le support 106 en coupe. La Fig. 28 représente la vue de dessus. Dans cette réalisation, le condenseur du microscope n'est pas modifié et le faisceau d'éclairement de 20 l'objet sortant du condenseur n'est pas altéré par les sources 1051 et 1052. Dans un premier mode avantageux selon ce premier mode de réalisation, les deux sources de lumière 1051 et 1052 sont disposées sur le support 106 de telle sorte que les axes parralèles à un plan orthogonal à l'axe optique 110 et passant par le centre des sources et l'axe optique font un angle A différent de 180°, comme représenté en Fig. 2B. Préférentiellement, l'angle A sera choisi entre +90° et +180° en excluant 180° et entre +180° et +270° en excluant +180°. Ce mode avantageux 25 permet d'obtenir un dédoublement de l'image pour toutes les orientations des structures de l'objet. Dans un deuxième mode avantageux selon ce premier mode de réalisation, on place plusieurs sources sur le support 106 comme représenté en Fig. 2.C. Ce mode permet de choisir la direction de dédoublement de l'image en sélectionnant le couple de sources allumées. Dans un deuxième mode de réalisation représenté en Fig. 3, le support 106 se fixe en lieu et place du condenseur. 30 Ce mode de réalisation peut être choisi quand aucun condenseur n'est utilisé, par exemple, quand une observation en épi-illumination est utilisée, comme l'épi-fluorescence. Dans la Fig. 3, on a représenté un support 106 muni, par exemple, d'une queue d'aronde mâle pouvant se fixer sur la queue d'aronde femelle, non représentée, présente sur les microscopes pour supporter l'optique du condenseur. La Fig. 3A représente une vue de côté avec le support 106 qui supporte les sources 1051 et 1052 et la queue d'aronde mâle 108. La Fig. 3B 35 représente la vue de dessus. Dans un premier mode avantageux selon ce deuxième mode de réalisation, les deux sources de lumière 1051 et 1052 sont disposées sur le support 106 de telle sorte que les axes parallèles à un plan ercliusuricai (-axe upcigue lu) et passant par le centre des sources et l'axe optique font un angle A différent de 1800, comme représenté en Fig. 3B. Préférentiellement, l'angle A sera choisi entre +90° et +180° en excluant 180° et entre +180° et +270° en excluant +180°. Ce mode avantageux permet d'obtenir un dédoublement de l'image pour toutes les orientations des structures de l'objet. Dans un deuxième mode avantageux selon ce deuxième mode de réalisation, on place plusieurs sources sur le support 106 comme représenté en Fig. 3C. Ce mode permet 5 de choisir la direction de dédoublement de l'image en sélectionnant le couple de sources allumées. Dans un troisième mode de réalisation représenté en Fig. 4, on dispose sur le support 106 plusieurs sources selon plusieurs anneaux concentriques. En Fig. 4A, on a représenté trois anneaux 1082, 1082 et 1083 sur lesquels on dispose six sources, 1052 et 1052 sur l'anneau 1082, 1053 et 1054 sur l'anneau 1082 et 1053 et 1056 sur l'anneau 1083. Pour dédoubler l'image, on choisira d'allumer les sources par paire, par exemple 1052 et 1052, 1053 et 1054 10 ou 1053 et 1056. On pourra aussi associer les sources de toutes les manières possibles, par exemple 1052 et 1054, 1052 et 1053. Le choix de la paire de sources allumées permet de régler la précision de mesure du défaut de mise au point en modifiant l'amplitude du dédoublement : pour un même défaut de focus, l'amplitude est plus grande pour les sources placées le plus loin du centre des anneaux. L'avantage de cette configuration est qu'elle permet d'augmenter le domaine de mise au point : pour un fort défaut de focus, on allume les sources de l'anneau ayant 15 le plus petit diamètre. Pour un faible défaut de focus, on allume les sources de l'anneau ayant le plus grand diamètre. La précision de la mesure du défaut de mise au point peut être ajustée en modifiant la distance à l'objet 100 du support 106. Dans un premier mode avantageux selon ce troisième mode de réalisation, les sources de lumière 105 sont disposées sur le support 106 de telle sorte que les axes parralèles à un plan orthogonal à l'axe optique 110 et passant par le centre des sources et l'axe optique font un angle A différent de 20 180°, comme représenté en Fig. 4A. Préférentiellement, l'angle A sera choisi entre +90° et +180° en excluant 180° et entre +180° et +270° en excluant +180°. Ce mode avantageux permet d'obtenir un dédoublement de l'image pour toutes les orientations des structures de l'objet. Dans un deuxième mode avantageux selon le troisième mode de réalisation, on place plusieurs sources sur chaque anneau du support 106 comme représenté en Fig. 4B. Par soucis de clarté, seules les sources 1052 et 1057 sont référencées. Ce mode permet de choisir la direction 25 de dédoublement de l'image en sélectionnant le couple de sources allumées. Une source 111 peut être ajoutée au centre de la structure. Ce mode de réalisation constitue un dispositif complet d'illumination qui se substitue au condenseur d'illumination. Les sources 105 peuvent être réparties de manière circulaire comme représenté en Fig. 4B ou en matrice rectangulaire. Par extension, les sources 105 peuvent être choisies parmi les pixels d'un écran à cristaux liquides, d'un écran à diodes électroluminescentes et d'un écran à diodes électroluminescentes 30 organiques. On a représenté en Fig. 5A le dédoublement obtenu en utilisant un dispositif d'après l'invention. Un réticule gradué constitue l'objet 100 et est posé sur le support 101. Une caméra numérique est utilisée pour enregistrer les images représentées selon les repères 5.1 à 5.12. L'image 5.1 correspond au plus grand défaut de focus. L'image 5.12 correspond à l'image nette. Les autres images correspondent à des valeurs différentes de défaut 35 de focus. Pour obtenir ces images, les deux sources allumées sont placées symétriquement par rapport à l'axe optique 110 (l'angle REVENDICATIONS1. Dispositif d'éclairage d'un objet observé au microscope permettant d'effectuer la mise au point qui comprend un système d'illumination d'un objet (100) placé sur un support (101), un objectif de microscope (102) apte à former une image réelle de l'objet et d'un dispositif d'observation (112) caractérisé en ce que : le système d'illumination est composé de deux sources lumineuses discrètes (1052 et 1052) allumées simultanément, les deux sources lumineuses sont placées avant l'objet de telle manière que l'objectif forme deux images de l'objet quand la mise au point n'est pas assurée et que ces deux images coïncident pour n'en former qu'une seule lorsque la mise au point est assurée. 2. Dispositif d'éclairage selon la revendication 1 caractérisé en ce que les sources lumineuses sont choisies parmi les diodes électroluminescentes, les diodes électroluminescentes organiques, les diodes lasers, les diodes lasers à cavité verticale. 3. Dispositif d'éclairage selon la revendication 1 caractérisé en ce que : les deux sources lumineuses ne sont pas placées de façon symétrique par rapport à l'axe optique (110), l'angle A entre les axes parallèles au plan objet passant par le centre des sources et l'axe optique est différent de 1800. 4. Dispositif d'éclairage selon la revendication 1 caractérisé en ce que les deux sources allumées sont choisies parmi une pluralité de sources. 5. Dispositif d'éclairage selon les revendications 1 et 4 caractérisé en ce que les sources sont placées dans un plan selon un ou plusieurs anneaux concentriques. 6. Dispositif d'éclairage selon les revendications 1 et 4 caractérisé en ce que les sources sont placées dans un plan selon un une grille pour former un motif de matrice rectangulaire. 7. Dispositif d'éclairage selon les revendications 1, 4 et 6 caractérisé en ce que les sources lumineuses sont choisies parmi les pixels d'un écran à cristaux liquide, d'un écran à diodes électroluminescentes, d'un écran à diodes électroluminescentes organiques. 7 / 8