Brevet FR3146734A1 — publié le 20240920

L’invention concerne un microscope (2) en réflexion utilisé pour observer/détecter un objet (O), ledit microscope comprenant plusieurs composants : Une source lumineuse adaptée pour émettre des rayonnements lumineux (EXC_2), dits d'excitation, à destination de l'objet (O) pour l'illuminer, Un dispositif de lecture (24) de rayonnements, dits d'émission (REF_2), en provenance de l'objet (O), générés après illumination, Un objectif (22) et une lentille de tube (23) associée audit objectif pour former une image sur ledit dispositif de lecture (24), Le dispositif comportant au moins un composant (20) incluant ladite source lumineuse et présentant une zone transparente aux rayonnements d'émission (REF_2), Le dispositif de lecture (24), l'objectif (22), la lentille de tube (23) et ledit composant (20) incluant la source lumineuse étant positionnés suivant un seul et même axe optique (X). Figure à publier avec l'abrégé : Figure 2 Microscope en réflexion compact Domaine technique de l'invention La présente invention se rapporte à un microscope en réflexion présentant l'avantage d'être particulièrement compact. Etat de la technique La fluorescence est la propriété que possèdent certains corps d'émettre de la lumière après avoir absorbé des rayonnements lumineux dits d'excitation. Pour détecter la lumière émise par fluorescence, formant des rayonnements dits d'émission, on utilise souvent un microscope optique fonctionnant en réflexion (l’excitation de l’échantillon et la détection des rayonnements se font alors du même côté de l’échantillon à travers le même objectif). La microscopie en fluorescence repose ainsi sur la formation d'une image par détection de la lumière émise par les échantillons après leur excitation à l'aide des rayonnements lumineux d'excitation. Actuellement, les microscopes utilisés reposent sur le principe illustré par la et comportent ainsi : Une source lumineuse 100 chargée d'émettre les rayonnements d'excitation EXC_1, Un filtre d'excitation 101 mis en vis-à-vis de la source lumineuse pour filtrer les rayonnements d'excitation, Un objectif 105 de microscope, permettant de former une image de l’objet à l’infini, Un élément optique 102 tel qu'un miroir, qui peut être dichroïque, chargé de renvoyer les rayonnements lumineux d'excitation à 90° en direction de l'objet O pour l'exciter, et de laisser passer les rayonnements lumineux REF_1 d'émission émis par l'objet, Un filtre d'émission 103 destiné à être traversé par les rayonnements émis par l'objet. Ce filtre est en général positionné entre l’objectif et une lentille de tube, puisque dans cette partie du trajet optique les faisceaux provenant de l’objet sont collimatés, ce qui assure un meilleur fonctionnement du filtre, Une lentille de tube 106 permettant de focaliser l’image de l’objet sur le dispositif de détection 104, Un dispositif de détection 104 placé dans l'axe de l'objet pour capturer les rayonnements lumineux de détection. Pour un fonctionnement en épifluorescence, la combinaison des éléments optiques formés du filtre d'excitation 101, du miroir dichroïque 102 et du filtre d'émission 103 permet de détecter au niveau du dispositif de détection 104 uniquement le rayonnement d’émission de fluorescence, le rayonnement d’excitation ayant été coupé. Pour un microscope en réflexion travaillant avec d’autres contrastes (absorption, polarisation,…), la combinaison de ces trois éléments permet, d’une manière générale, d’optimiser la quantité de signal de détection provenant de l’objet au niveau du dispositif de détection 104. Dans cette réalisation classique, la source et le dispositif de détection ne sont pas dans le même axe optique mais placés à 90° l'un par rapport à l'autre. Pour ce type de réalisation, on utilise ainsi un premier bras chargé de supporter la source et un deuxième bras chargé de supporter le dispositif de détection. Les autres composants de mise en forme des faisceaux sont ensuite répartis sur l'un ou l'autre des deux bras. La présence des deux bras distincts rend ces réalisations antérieures encombrantes, peu transportables et assez complexes. Le but de l'invention est donc de proposer un microscope fonctionnant en réflexion, utilisable éventuellement pour détecter de la fluorescence, qui soit peu encombrant, simple et facile à transporter et à déployer sur le terrain. Ce but est atteint par un microscope en réflexion utilisé pour observer/détecter un objet, ledit microscope comprenant plusieurs composants : Une source lumineuse adaptée pour émettre des rayonnements lumineux, dits d'excitation, à destination de l'objet pour l'illuminer, Un dispositif de lecture de rayonnements, dits d'émission, en provenance de l'objet, générés après illumination, Un objectif et une lentille de tube associée audit objectif pour former une image sur ledit dispositif de lecture, Le dispositif comportant au moins un composant incluant ladite source lumineuse et présentant une zone transparente aux rayonnements d'émission, Le dispositif de lecture, l'objectif, la lentille de tube et ledit composant incluant la source lumineuse étant positionnés suivant un seul et même axe optique. Selon une réalisation particulière, le composant incluant la source lumineuse est positionné entre l'objectif et la lentille de tube. Selon une autre réalisation particulière, le composant incluant la source lumineuse est positionné entre l'objectif et l'objet à détecter. Selon une autre réalisation particulière, le composant incluant la source lumineuse est positionné entre la lentille de tube et le dispositif de lecture. Selon une particularité, le microscope comporte un premier filtre spectral positionné entre la source lumineuse et le dispositif de lecture. Selon une autre particularité, le composant incluant la source lumineuse comporte une couche formant un deuxième filtre spectral, complétant ledit premier filtre spectral. Selon une autre particularité, le composant incluant la source lumineuse comporte une diode électroluminescente de type organique. Selon une autre particularité, le dispositif de lecture comporte un capteur de type CMOS ou CCD. Selon une autre particularité, les composants du microscope sont réunis dans un même ensemble monobloc dans lequel les composants sont solidaires entre eux. Selon une autre particularité, le microscope comporte un unique bras de maintien dudit ensemble. Brève description des figures D'autres caractéristiques et avantages vont apparaître dans la description détaillée qui suit faite en regard des dessins annexés dans lesquels : La montre le principe de fonctionnement d'un microscope en réflexion utilisé en détection de fluorescence, selon l'état de la technique ; La montre en éclaté l'architecture du microscope en réflexion conforme à l'invention ; La montre l'architecture du microscope en réflexion conforme à l'invention et illustre son principe de fonctionnement en détection de fluorescence ; La montre la structure d'une diode électroluminescente organique pouvant être utilisée dans le microscope en réflexion de l'invention ; Description détaillée d'au moins un mode de réalisation L'invention concerne un microscope 2 fonctionnant en réflexion. Dans une architecture préférentielle, il est particulièrement adapté à de la détection de fluorescence émise par un objet. Dans le cas de détection de fluorescence, soumis à des rayonnements d'excitation EXC_2, l'objet O émet en réponse des rayonnements dits d'émission, référencés REF_2 sur les figures annexées. Dans la description qui suit, les termes tels que "supérieur", "inférieur", "au-dessus", "au-dessous" sont à prendre en compte avec comme référence l'axe optique orienté verticalement. L'axe optique (X) correspond à l'axe suivant lequel les rayonnements traversent le microscope, entre l'objet à observer et le dispositif de lecture ou inversement. L'objet O à observer peut être de toutes sortes. Dans le domaine de la biologie, il peut s'agir d'un échantillon placé sur une lame transparente ou dans une boîte de Petri. En référence à la et à la , le microscope 2 comporte une source lumineuse, chargée d'émettre les rayonnements d'excitation EXC_2 suivant l'axe optique (X) en direction de l'objet O. La source lumineuse est intégrée à un composant 20 présentant au moins une zone transparente aux rayonnements d'émission REF_2, de manière à pouvoir être traversé par ces rayonnements suivant l'axe optique (X). De manière avantageuse, le composant 20 comporte au moins une diode électroluminescente de type organique (OLED pour Organic Light Emitting Diode). Ce composant 20 présente la particularité de pouvoir jouer le rôle de source lumineuse et d'être transparent aux rayonnements d'émission REF_2. Une telle diode électroluminescente de type organique est décrite dans la demande de brevet EP3816612A1 . En référence à la , elle est réalisée sous la forme d'un empilement de couches qui comporte : Une première électrode transparente ou semi-transparenteC1, Une première couche d'interface C2, Une couche active C3, Une deuxième couche d'interface C4, Une deuxième électrode transparente ou semi-transparente C5. Le dépôt peut être réalisé sur un substrat C0 transparent, par exemple réalisé en verre ou dans un polymère transparent. De manière non limitative, les couches de la diode électroluminescente peuvent être les suivantes : Une couche d'argent formant la première électrode métallique C1, La première couche d'interface C2 et la deuxième couche d'interface C4 peuvent correspondre à une couche injectrice d'électrons ou à une couche injectrice de trous, La couche active C3 est la couche émettrice. Elle comporte au moins un matériau organique et peut comporter un empilement ou un mélange de plusieurs matériaux organiques, Une couche réalisée dans un oxyde transparent conducteur (couramment appelé TCO). Il peut s'agir par exemple d'un oxyde d'Indium dopé à l'étain (ITO) formant la deuxième électrode non métallique C4. L'empilement comprenant la première couche d'interface, la couche active et la deuxième couche d'interface peut disposer d'une épaisseur comprise entre 50nm et 400nm, de préférence comprise entre 80nm et 150nm. L'empilement de couches peut comporter une ou plusieurs couches supérieures C6, placée sur la première électrode, et composée d'un filtre spectral, pouvant être complété par le filtre spectral 21 positionné dans la chaîne optique du microscope 2 (voir ci-après) pour la détection de fluorescence. Dans le cas d'une détection de fluorescence, les rayonnements émis par la source lumineuse sont des rayonnements d'excitation EXC_2. Les rayonnements d'émission REF_2, émis par l'objet par florescence, sont amenés à traverser le composant 20, par transparence. Il faut noter qu'il est particulièrement important que le composant 20 incluant la source lumineuse dispose lui-même d'une haute qualité optique en transparence, pour que les performances en termes de résolution spatiale soient bien limitées par les optiques utilisées (objectif, lentille de tube) et pas dégradées par la traversée de ce composant. L’uniformité spatiale de l’éclairage permise par l’OLED est avantageuse. Le microscope 2 comporte également un objectif 22 (pouvant comporter une ou plusieurs lentilles) devant lequel vient se placer l'objet à analyser. Associé à l'objectif 22, le microscope comporte une lentille de tube 23. Le microscope comporte un dispositif de lecture 24 utilisé pour lire/détecter les rayonnements d'émission REF_2 en provenance de l'objet. Le dispositif de lecture 24 peut être un simple oculaire (pour visualisation/lecture à l'œil nu) ou peut comporter un capteur 240 de type CMOS ou CCD (comme sur les figures annexées). Dans ce dernier cas, il peut par exemple s'agir d'une caméra. Dans le cadre de l'invention, en allant de bas en haut et suivant un seul et même axe optique (X), les différents composants du microscope peuvent être agencés de la manière suivante : L'objectif 22 est situé en vis-à-vis de l'objet ; Il est positionné à une distance proche de la distance de travail de l’objectif de l’objet O Dans le cas d'une détection de fluorescence, un filtre spectral 21 peut être positionné au-dessus du composant 20 incluant la source lumineuse ; Ce filtre spectral permet de bloquer/limiter les rayonnements d'excitation EXC_2 émis par la source lumineuse et laisse passer les rayonnements REF_2 de détection, émis par fluorescence en provenance de l'objet O. Le composant 20 de type OLED peut également, par construction intégrer des couches supplémentaires permettant tout ou partie du filtrage spectral. La lentille de tube 23 est placée au-dessus du filtre spectral lorsque celui-ci est présent ; Le dispositif de lecture 24, comportant par exemple le capteur 240, est placé au-dessus de la lentille de tube 23 ; Le composant 20 incluant la source lumineuse est placé, suivant l'axe optique, au-dessus de l'objet O, entre l'objet O et l'objectif 22 (position P2 sur la ) ou au-dessus de l'objectif 22 ; Dans ce dernier cas, il peut être placé entre l'objectif 22 et le filtre spectral 21 (si présent – position P1 sur la ) ou la lentille de tube 23 (si filtre spectral non présent). Il pourrait également être placé entre la lentille de tube 23 et le dispositif de lecture 24 (position P3 sur la ) ; Sa zone transparente, située dans l'axe optique (X) lui permet d'être traversée par les rayonnements d'émission REF_2 ; Selon un aspect particulier de l'invention, ces différents composants du microscope 2 sont assemblés entre eux de manière à former un seul ensemble monobloc et mono-axial (pouvant être fixé par exemple sur un bras mécanique). La fixation des différents composants entre eux peut être réalisée de différentes manières. L'objectif 22 peut comporter un pas de vis sur lequel vient se visser la lentille de tube 23, dotée d'un pas de vis complémentaire. Le composant 20 incluant la source lumineuse et le filtre spectral 21 viennent alors se loger dans une cavité ménagée entre l'objectif 22 et la lentille de tube 23. Vers le haut, la lentille de tube 23 comporte un deuxième pas de vis, lui permettant de venir se visser sur un pas de vis correspondant du dispositif de lecture 24. Le dispositif de lecture 24 se présente ainsi sous la forme d'un boîtier intégrant le capteur 240 et doté du pas de vis sur lequel vient se visser la lentille de tube. Le filtre spectral 21 et le composant 20 intégrant la source lumineuse sont par exemple encastrés entre l'objectif 22 et la lentille de tube 23. Suivant l'axe optique, un passage est bien entendu créé pour permettre aux signaux de traverser les composants du microscope 2. En fonctionnement, dans le cas d'une détection de fluorescence, le principe de fonctionnement est le suivant : La source lumineuse émet les rayonnements d'excitation EXC_2 dans toutes les directions, préférentiellement en direction de l'objet O, à travers l'objectif 22. L'objet O absorbe au moins en partie ces rayonnements et, par fluorescence, émet des rayonnements de détection REF_2 dans toutes les directions, notamment en direction du dispositif de lecture 24 suivant l'axe optique (X) ; Les rayonnements d'émission REF_2 traversent, suivant l'axe optique (X), par transparence, le composant 20 incluant la source lumineuse ; Les rayonnements d'émission REF_2 traversent le filtre spectral 21 et la lentille de tube 23 pour atteindre la surface du capteur 240 du dispositif de lecture 24 ; Une image se forme sur la surface du capteur 240 ; Des moyens de traitement (non représentés) peuvent être utilisés pour traiter chaque image acquise ; En cas d'utilisation d'un oculaire en lieu et place du capteur 240, une lecture/détection à l'œil nu serait menée. Le microscope 2 décrit ci-dessus et son architecture en réflexion est particulièrement adaptée à la détection de fluorescence. Mais, il faut noter que : Ce montage en réflexion peut être utilisé pour faire de l’imagerie par contraste d’absorption sur des échantillons opaques et/ou réfléchissants. Dans cette application, les deux filtres spectraux (en utilisant une OLED sans filtre intégré) doivent être retiré. Ce montage en réflexion peut également être utilisé pour faire de l’imagerie par contraste de polarisation sur des échantillons opaques (pas de possibilité d’éclairer de l’autre côté de l’objet) et/ou réfléchissants. Dans cette application, les deux filtres spectraux (en utilisant une OLED sans filtre intégré) doivent être retiré et des éléments optiques permettant de contrôler/moduler la polarisation sont alors ajoutés (pas de possibilité d’éclairer de l’autre côté de l’échantillon). Comme indiqué ci-dessus, le composant 20 pourra s'insérer dans différentes positions suivant l'axe optique, position P1, P2 ou P3 ( ). La solution de l'invention présente ainsi de nombreux avantages, parmi lesquels : Une architecture particulièrement compacte et facilement transportable, réalisée sous la forme d'un unique ensemble monobloc et suivant un unique axe optique, ne nécessitant qu'un seul bras de support. Une architecture qui utilise un principe d'imagerie en réflexion à l'aide d'un composant de type OLED transparent. Une architecture qui utilise des composants déjà existants et facilement disponibles (objectif, lentille de tube, capteur CMOS par exemple). Microscope (2) en réflexion utilisé pour observer/détecter un objet (O), ledit microscope comprenant plusieurs composants : Une source lumineuse adaptée pour émettre des rayonnements lumineux (EXC_2), dits d'excitation, à destination de l'objet (O) pour l'illuminer, Un dispositif de lecture (24) de rayonnements, dits d'émission (REF_2), en provenance de l'objet (O), générés après illumination, Un objectif (22) et une lentille de tube (23) associée audit objectif pour former une image sur ledit dispositif de lecture (24), Caractérisé en ce que : Le dispositif comporte au moins un composant (20) incluant ladite source lumineuse et présentant une zone transparente aux rayonnements d'émission (REF_2), Le dispositif de lecture (24), l'objectif (22), la lentille de tube (23) et ledit composant (20) incluant la source lumineuse sont positionnés suivant un seul et même axe optique (X). Microscope en réflexion selon la revendication 1, caractérisé en ce que le composant (20) incluant la source lumineuse est positionné (P1) entre l'objectif (22) et la lentille de tube (23). Microscope en réflexion selon la revendication 1, caractérisé en ce que le composant (20) incluant la source lumineuse est positionné (P2) entre l'objectif (22) et l'objet (O) à détecter. Microscope en réflexion selon la revendication 1, caractérisé en ce que le composant (20) incluant la source lumineuse est positionné (P3) entre la lentille de tube (23) et le dispositif de lecture (24). Microscope en réflexion selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte un premier filtre spectral (21) positionné entre la source lumineuse et le dispositif de lecture (24). Microscope en réflexion selon la revendication 5, caractérisé en ce que le composant (20) incluant la source lumineuse comporte une couche (C6) formant un deuxième filtre spectral, complétant ledit premier filtre spectral (23). Microscope en réflexion selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le composant (20) incluant la source lumineuse comporte une diode électroluminescente de type organique. Microscope en réflexion selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le dispositif de lecture (24) comporte un capteur (240) de type CMOS ou CCD. Microscope en réflexion selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les composants du microscope (2) sont réunis dans un même ensemble monobloc dans lequel les composants sont solidaires entre eux. Microscope en réflexion selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte un unique bras de maintien dudit ensemble.