Brevet FR3127589A1 — publié le 20230331

L’invention concerne un microscope optique comprenant un système optique (1) et un diaphragme confocal (2), le diaphragme confocal (2) étant disposé dans un plan de Fourier (12) du microscope le diaphragme confocal (2) étant fixe par rapport au corps du microscope, le microscope étant apte à collecter un faisceau lumineux (20) issu du plan objet, le système optique (1) étant adapté pour focaliser le faisceau lumineux (20) dans le plan de Fourier (12) et pour injecter au moins une partie du faisceau lumineux (20) à travers le diaphragme confocal (2). Selon l’invention, le microscope optique comporte un composant optique réfractif (3) disposé entre le système optique (1) et le diaphragme confocal (2), le composant optique réfractif (3) étant monté mobile en rotation transversalement à l’axe optique (10) du microscope, de façon à ajuster une position latérale du faisceau lumineux focalisé par rapport au diaphragme confocal (2). Figure pour l’abrégé : Fig. 1 Microscope optique comprenant un dispositif opto-mécanique de réglage fin et procédé d’ajustement opto-mécanique La présente invention concerne le domaine technique de la microscopie optique. Elle concerne plus particulièrement un dispositif et une méthode d’ajustement opto-mécanique d’un faisceau lumineux collecté vers un détecteur dans un microscope confocal. Un tel dispositif trouve notamment des applications dans le filtrage spatial de faisceaux lumineux ou le couplage à une fibre optique. Dans un microscope confocal, et en particulier dans un microscope Raman confocal, on utilise un filtrage spatial du rayonnement issu d’un échantillon et collecté par un objectif de microscope. A cet effet, on utilise un diaphragme confocal comprenant un trou confocal ou une fibre optique ayant des dimensions transverses micrométriques. Le diaphragme confocal est généralement disposé dans le tube du microscope dans un plan dit de Fourier, conjugué optiquement avec un plan objet via l’objectif de microscope et une lentille de tube. Un système optique transmet le signal filtré spatialement en direction d’un système de détection, par exemple de type spectrométrique ou pour des mesures résolues temporellement, selon les exigences de l’acquisition de l’information désirée. Le filtrage spatial permet d’extraire le signal optique provenant d’un point d’intérêt de l’échantillon et de le séparer des signaux optiques provenant d’autres zones de l’échantillon. En particulier, dans un microscope Raman, le filtrage spatial permet d’extraire le signal Raman émis par une zone précise de l’échantillon. Toutefois, le diaphragme confocal a généralement des dimensions transverses micrométriques. Ces dimensions sont déterminées par la fonction d’étalement du point (ou PSF pour Point Spread Function en terminologie anglo-saxonne) générée par diffraction du faisceau lumineux collecté sur l’objectif de microscope. Ces dimensions micrométriques rendent nécessaire de diriger le faisceau collecté avec une grande précision vers le diaphragme confocal. Le microscope doit donc présenter une très grande stabilité et rigidité opto-mécanique. Le diaphragme confocal est généralement monté à l’intérieur du corps du microscope. La position du diaphragme confocal alignée sur l’axe optique du microscope résulte d’un réglage en usine. Le diaphragme confocal n’est généralement pas accessible à l’utilisateur. Cette configuration permet de protéger le diaphragme confocal des influences extérieures. Dans un cas particulier, le microscope est relié par fibre optique à un système de détection. L’extrémité de la fibre optique forme un diaphragme confocal dont les dimensions sont déterminées par l’ouverture de la fibre optique. Le système optique du microscope est généralement adapté pour focaliser le faisceau avec une ouverture de même valeur que l’ouverture numérique de la fibre. Le système optique du microscope est aussi corrigé de l’aberration sphérique. Pour aligner l’extrémité de la fibre optique sur le faisceau focalisé, il est connu d’utiliser un mécanisme de positionnement de la fibre optique. Toutefois, un tel mécanisme peut poser des difficultés car un mouvement de la fibre, par exemple de flexion ou torsion, peut transmettre une certaine force à ce mécanisme et provoquer le désalignement et une perte du signal. Il est souhaitable de disposer d’un système de réglage dans un microscope optique confocal ou dans un microscope Raman confocal, relié en espace libre ou par fibre optique à un système de détection, pour permettre d’ajuster l’alignement optique tout en garantissant la stabilité de l’ensemble. Afin de remédier aux inconvénients précités de l’état de la technique, la présente invention propose un microscope optique comprenant un système optique et un diaphragme confocal, le diaphragme confocal étant disposé dans un plan de Fourier du microscope transversalement à un axe optique du microscope, le plan de Fourier étant conjugué optiquement avec un plan objet via le système optique, le diaphragme confocal étant fixe par rapport au corps du microscope, le microscope étant apte à collecter un faisceau lumineux issu du plan objet, le système optique étant adapté pour focaliser le faisceau lumineux dans le plan de Fourier et pour injecter au moins une partie du faisceau lumineux à travers le diaphragme confocal. Selon la présente invention, le microscope optique comporte un composant optique réfractif disposé entre le système optique et le diaphragme confocal, le composant optique réfractif étant monté mobile en rotation transversalement à l’axe optique du microscope, de façon à ajuster une position latérale du faisceau lumineux focalisé par rapport au diaphragme confocal. Selon un mode de réalisation, le diaphragme confocal comprend un trou confocal. Selon un aspect particulier de ce mode de réalisation, le diaphragme confocal est formé par une extrémité d’une fibre optique ayant un cœur de dimensions transverses micrométriques. De façon avantageuse, le microscope optique comprend un connecteur de fibre optique, le connecteur de fibre optique étant fixé rigidement au corps du microscope, le connecteur de fibre optique étant apte à recevoir l’extrémité de fibre optique de manière à ce que l’extrémité de fibre optique soit disposée dans un plan image réel du microscope. Selon un aspect particulier, le système optique présente une ouverture numérique image inférieure à 0,1 ou même à 0,05 et le composant optique réfractif comprend une lame transparente à faces planes et parallèles, la lame étant montée mobile en rotation autour d’au moins un axe de rotation transverse à l’axe optique du microscope. Selon un aspect particulier, la lame est une lame de verre, par exemple de type BK7, la lame ayant une épaisseur comprise entre 1 et 6mm. Avantageusement, au moins une des faces de la lame comporte un revêtement anti-reflet, par exemple en couche(s) mince(s). Selon un autre mode de réalisation, le diaphragme confocal est formé par une extrémité d’une fibre optique ayant une ouverture numérique NA déterminée, par exemple d’environ 0.22, le système optique présente une ouverture numérique image adaptée à celle de la fibre optique et le composant optique réfractif comprend une lentille convergente, par exemple une lentille plano convexe, montée mobile en rotation autour d’un centre de rotation sur l’axe optique du microscope entre la lentille et le plan focal. Selon un aspect particulier et avantageux, le microscope optique comprend une source laser adaptée pour générer un faisceau laser d’excitation, le diaphragme confocal étant disposé entre le système optique et un détecteur adapté pour détecter un rayonnement de diffusion Raman. Avantageusement, le microscope comprend un boîtier opaque, le diaphragme confocal et le composant optique réfractif étant disposés à l’intérieur du boîtier, le composant optique réfractif étant monté sur une platine de translation et/ou de rotation, ladite platine comportant des moyens de réglage opto-mécanique, les moyens de réglage opto-mécanique étant accessibles depuis l’extérieur du boîtier. De façon avantageuse, le système optique comprend un objectif de microscope et une lentille de tube. Avantageusement, l’objectif de microscope forme l’image de l’objet à l’infini et le plan de Fourier est confondu avec le plan image réelle de l’objet en aval de la lentille de tube. L’invention concerne aussi un procédé de microscopie optique comprenant les étapes de : collecte d’un faisceau lumineux issu d’un plan objet et focalisation du faisceau lumineux collecté dans un plan de Fourier au moyen d’un système optique dans un microscope, le plan de Fourier de la lentille de tube coïncidant avec le plan image réelle du plan objet et étant conjugué optiquement avec le plan objet, le plan de Fourier étant transverse à un axe optique du microscope ; transmission du faisceau lumineux collecté à travers un composant optique réfractif disposé entre le système optique et le plan de Fourier ; focalisation du faisceau lumineux transmis sur un diaphragme confocal disposé dans le plan de Fourier du microscope, le diaphragme confocal étant fixe par rapport au corps du microscope ; ajustement du composant optique réfractif par rotation transversalement à l’axe optique du microscope de façon à ajuster une position latérale du faisceau lumineux focalisé par rapport au diaphragme confocal. Avantageusement, le système optique du microscope comprend un objectif de microscope et une lentille de tube, l’objectif formant une image du plan objet à l’infini. Bien entendu, les différentes caractéristiques, variantes et formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. De plus, diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent de la description annexée effectuée en référence aux dessins qui illustrent des formes, non limitatives, de réalisation de l'invention et où : est une vue schématique en coupe d’un mode de réalisation de l’invention, est une vue en perspective d’un autre mode de réalisation de l’invention, est une vue schématique en coupe de cet autre mode de réalisation de l’invention, est un graphe illustrant le déplacement des points focaux pour les rayons du plan méridional perpendiculaire à l’axe de rotation d’une lentille plan-convexe induit par la rotation d’un élément optique réfractif de type lentille. Il est à noter que sur ces figures les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différentes variantes peuvent présenter les mêmes références. Microscope optique comprenant un système optique (1) et un diaphragme confocal (2), le diaphragme confocal (2) étant disposé dans un plan de Fourier (12) du microscope transversalement à un axe optique (10) du microscope, le plan de Fourier (12) étant conjugué optiquement avec un plan objet via le système optique (1), le diaphragme confocal (2) étant fixe par rapport au corps du microscope, le microscope étant apte à collecter un faisceau lumineux (20) issu du plan objet, le système optique (1) étant adapté pour focaliser le faisceau lumineux (20) dans le plan de Fourier (12) et pour injecter au moins une partie du faisceau lumineux (20) à travers le diaphragme confocal (2), caractérisé en ce que le microscope optique comporte un composant optique réfractif (3) disposé entre le système optique (1) et le diaphragme confocal (2), le composant optique réfractif (3) étant monté mobile en rotation transversalement à l’axe optique (10) du microscope, de façon à ajuster une position latérale du faisceau lumineux focalisé par rapport au diaphragme confocal (2). Microscope optique selon la revendication 1, dans lequel le diaphragme confocal (2) comprend un trou confocal. Microscope optique selon la revendication 1, dans lequel le diaphragme confocal (2) est formé par une extrémité d’une fibre optique ayant un cœur de dimensions transverses micrométriques. Microscope optique selon la revendication 3, comprenant un connecteur de fibre optique, le connecteur de fibre optique étant fixé rigidement au corps du microscope, le connecteur de fibre optique étant apte à recevoir l’extrémité de fibre optique de manière à ce que l’extrémité de fibre optique soit disposée dans un plan image réel (12) du microscope. Microscope optique selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel le système optique (1) présente une ouverture numérique image (12) inférieure à 0,1 et dans lequel le composant optique réfractif comprend une lame transparente à faces planes et parallèles, la lame étant montée mobile en rotation autour d’au moins un axe de rotation transverse à l’axe optique du microscope. Microscope optique selon la revendication 5, dans lequel la lame est une lame de verre, la lame ayant une épaisseur comprise entre 1 mm et 6 mm. Microscope optique selon la revendication 3, dans lequel le système optique (1) présente une ouverture numérique image adaptée à celle de la fibre optique et dans lequel le composant optique réfractif comprend une lentille convergente montée mobile en rotation autour d’un centre de rotation sur l’axe optique du microscope entre la lentille et le plan focal du système optique (1). Microscope optique selon l’une des revendications 1 à 7 comprenant une source laser adaptée pour générer un faisceau laser d’excitation, le diaphragme confocal étant disposé entre le système optique (1) et un détecteur adapté pour détecter un rayonnement de diffusion Raman. Microscope optique selon l’une des revendications 1 à 8 comprenant un boîtier opaque (4), le diaphragme confocal (2) et le composant optique réfractif (3) étant disposés à l’intérieur du boîtier, dans lequel le composant optique réfractif (3) est monté sur une platine (30) de translation et/ou de rotation, ladite platine (30) comportant des moyens de réglage opto-mécanique (31, 32), dans lequel les moyens de réglage opto-mécanique (31, 32) sont accessibles depuis l’extérieur du boîtier (4). Microscope optique selon l’une des revendications 1 à 9 dans lequel le système optique (1) comprend un objectif de microscope et/ou une lentille de tube. Procédé de microscopie optique comprenant les étapes de : Collecte d’un faisceau lumineux issu d’un plan objet et focalisation du faisceau lumineux collecté dans un plan de Fourier au moyen d’un système optique (1) dans un microscope, le plan de Fourier (12) étant conjugué optiquement avec le plan objet, le plan de Fourier (12) étant transverse à un axe optique (10) du microscope ; Transmission du faisceau lumineux collecté à travers un composant optique réfractif (3) disposé entre le système optique (1) et le plan de Fourier (12) ; Focalisation du faisceau lumineux transmis sur un diaphragme confocal disposé dans le plan de Fourier (12) du microscope, le diaphragme confocal (2) étant fixe par rapport au corps du microscope ; Ajustement du composant optique réfractif (3) par rotation transversalement à l’axe optique (10) du microscope de façon à ajuster une position latérale du faisceau lumineux focalisé par rapport au diaphragme confocal (2).