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FR3127048A1 - Microscope optique et procédé de microscopie optique haute résolution à champ de vue augmenté - Google Patents

Microscope optique et procédé de microscopie optique haute résolution à champ de vue augmenté Download PDF

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Abstract

L’invention concerne un microscope optique (100) et un procédé de microscopie. Selon l’invention, le microscope comporte un module d’imagerie (200) comprenant un séparateur optique de faisceau (40), un premier système optique (41, 42, 43), une première caméra (51), un second système optique (44, 45, 46, 47) et une seconde caméra (52), le second système optique (44, 45, 46, 47) et la seconde caméra (52) étant configurés pour acquérir une image large vue, et le premier système optique (41, 42, 43) comportant un dispositif réflectif de balayage (42, 48) disposé dans un plan (72) conjugué optiquement avec le plan de Fourier (71) du microscope optique (100), un contrôleur (300) étant adapté pour orienter angulairement le dispositif réflectif de balayage (42, 48) de façon à ce que la première caméra (51) acquière au moins une première image (61, 62,…, 6N) d’une portion du champ objet de l’objectif de microscope (21, 22, 23). Figure pour l’abrégé : Fig. 1

Description

Microscope optique et procédé de microscopie optique haute résolution à champ de vue augmenté
La présente invention concerne le domaine technique de la microscopie optique et de l’acquisition d’images de haute résolution en microscopie optique.
Dans le domaine ci-dessus, il est connu d’intégrer une caméra sur un port de sortie d’un microscope optique pour acquérir des images via le microscope. Il est aussi connu de changer une partie du système optique du microscope, en commutant l’objectif de microscope et/ou des éléments optiques internes au microscope, pour augmenter le grossissement du système optique entre l’échantillon et la caméra. Un tel changement de grossissement permet d’augmenter la résolution spatiale de l’image de microscopie formée sur la caméra.
Toutefois, l’augmentation de la résolution spatiale s’accompagne généralement d’une réduction du champ de l’image sur la caméra. Pour obtenir une image de différentes régions d’intérêt d’un échantillon, on utilise généralement une platine de déplacement du porte-échantillon, pour ramener la région d’intérêt au centre de l’image de haute résolution.
Cependant, les mouvements mécaniques liés au déplacement du porte-échantillon ou à une commutation d’une partie du système optique peuvent induire des vibrations néfastes pour certains échantillons fragiles et mobiles comme des échantillons biologiques en solution, par exemple des suspensions colloïdales, des organoïdes. De plus, ces mouvements mécaniques entraînement généralement un désalignement entre les différentes images. Enfin, ces systèmes sont relativement lents.
Il existe un besoin pour un appareil et un procédé d’acquisition d’image de microscopie optique ayant à la fois une haute résolution et un champ image étendu, qui soit rapide et sans vibrations.
Afin de remédier aux inconvénients précités de l’état de la technique, la présente invention propose un microscope optique comprenant un porte-échantillon apte à recevoir un échantillon dans un plan objet, un objectif de microscope apte à collecter un faisceau image issu d’un champ objet dans le plan objet et à former une image intermédiaire du champ objet dans un plan image, le microscope optique ayant un plan de Fourier situé entre le plan objet et le plan image.
Plus particulièrement, on propose selon l’invention un microscope optique comportant un module d’imagerie et un contrôleur, le module d’imagerie comprenant une première caméra, une seconde caméra, un séparateur de faisceau apte à recevoir le faisceau image du plan image et à former un premier faisceau image et un second faisceau image, un premier système optique disposé entre le séparateur de faisceau et la première caméra, un second système optique disposé entre le séparateur de faisceau et la seconde caméra, le second système optique et la seconde caméra étant configurés pour acquérir une image large vue apte à s’étendre sur tout le champ objet de l’objectif de microscope, le premier système optique ayant un grossissement supérieur au second système optique et le premier système optique comportant un dispositif réflectif de balayage disposé dans ou à proximité d’un plan conjugué optiquement avec le plan de Fourier du microscope optique, le contrôleur étant adapté pour orienter angulairement le dispositif réflectif de balayage de façon à ce que la première caméra acquière au moins une première image d’une portion du champ objet de l’objectif de microscope, simultanément avec l’image large vue du champ objet acquise par la seconde caméra.
Ce module d’imagerie permet d’agrandir fortement la zone observée de l’échantillon de façon rapide et sans avoir à déplacer physiquement l’échantillon.
D’autres caractéristiques non limitatives et avantageuses du microscope conforme à l’invention, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes.
Selon un aspect particulier et avantageux, le contrôleur est adapté pour orienter angulairement le dispositif réflectif de balayage angulaire dans une série d’au moins deux positions, la première caméra étant adaptée pour acquérir une série de premières images d’au moins deux portions du champ objet sans déplacement de l’échantillon, sans changement d’objectif de microscope et sans changement de grossissement optique entre le champ objet et la première caméra, le microscope comprenant un système de traitement d’image adapté pour recevoir la série de premières images et pour reconstruire une image mosaïque haute résolution du champ objet.
De façon avantageuse, le microscope comprend un oculaire disposé pour former une image visuelle du champ objet.
Avantageusement, l’image visuelle s’étend sur un champ de vue inscrit dans l’image mosaïque.
Selon un mode de réalisation, le dispositif réflectif de balayage angulaire comprend un miroir plan monté sur un actionneur galvanométrique ou motorisé, le miroir plan étant mobile autour d’un ou deux axes.
Selon un autre mode de réalisation, le dispositif réflectif de balayage angulaire comprend un microsystème électromécanique à base de micromiroirs.
De façon avantageuse, le microscope comprend un boîtier entourant le corps du microscope, le boîtier ayant un port de sortie et un système optique de déport disposé de manière à déporter le plan de Fourier via le port de sortie à l’extérieur du boîtier, et dans lequel le module d’imagerie est arrangé à l’extérieur du boîtier du microscope.
Le microscope est de type droit ou inversé.
Selon un aspect particulier et avantageux, le microscope comprend un dispositif d’affichage adapté pour afficher simultanément l’image large vue du champ objet et ladite au moins une première image d’une portion du champ objet de l’objectif de microscope.
L’invention propose également un procédé de microscopie optique comprenant les étapes suivantes : collection d’un faisceau image issu d’un champ objet dans un plan objet d’un objectif de microscope et formation d’une image intermédiaire dans un plan image conjugué optiquement avec le plan objet ; collection du faisceau image issu du plan image et séparation optique en un premier faisceau image et un second faisceau image ; transmission du premier faisceau image via un premier système optique vers une première caméra, le premier système optique comportant un dispositif réflectif de balayage angulaire disposé dans ou à proximité d’un plan conjugué optiquement avec le plan de Fourier du microscope optique ; et simultanément, transmission du second faisceau image via un second système optique vers une seconde caméra, le premier système optique ayant un grossissement supérieur au second système optique ; acquisition via la seconde caméra d’une image large vue apte à s’étendre sur tout le champ objet de l’objectif de microscope ; orientation angulaire du dispositif réflectif de balayage pour l’acquisition via la première caméra d’au moins une première image d’une portion du champ objet de l’objectif de microscope, simultanément avec l’acquisition de l’image large vue via la seconde caméra.
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 d’un microscope comprenant un module d’imagerie et un contrôleur selon l’invention ;
est une vue de dessus d’un module d’imagerie selon un exemple de réalisation ;
est une vue schématique d’un dispositif réflectif de balayage angulaire selon un mode de réalisation ;
est un exemple d’image large vue du champ objet à basse résolution et d’une première image d’une portion du champ objet capturées simultanément ;
est une vue schématique illustrant un exemple de reconstruction d’une image mosaïque haute résolution du champ objet.
Il est à noter que sur ces figures les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différentes variantes peuvent présenter les mêmes références.

Claims (10)

  1. Microscope optique (100) comprenant un porte-échantillon (11) apte à recevoir un échantillon (1) dans un plan objet (3), un objectif de microscope (21, 22, 23) apte à collecter un faisceau image (30) issu d’un champ objet dans le plan objet (3) et à former une image intermédiaire du champ objet dans un plan image (33), le microscope optique ayant un plan de Fourier (71) situé entre le plan objet (3) et le plan image (33), caractérisé en ce que le microscope optique comporte un module d’imagerie (200) et un contrôleur (300), le module d’imagerie (200) comprenant une première caméra (51), une seconde caméra (52), un séparateur optique de faisceau (40) apte à recevoir le faisceau image (30) du plan image (33) et à former un premier faisceau image (31) et un second faisceau image (32), un premier système optique (41, 42, 43) disposé entre le séparateur de faisceau (40) et la première caméra (51), un second système optique (44, 45, 46, 47) disposé entre le séparateur de faisceau (40) et la seconde caméra (52), le second système optique (44, 45, 46, 47) et la seconde caméra (52) étant configurés pour acquérir une image large vue apte à s’étendre sur tout le champ objet de l’objectif de microscope (21, 22, 23),le premier système optique (41, 42, 43) ayant un grossissement supérieur au second système optique (44, 45, 46, 47) et le premier système optique (41, 42, 43) comportant un dispositif réflectif de balayage (42, 48) disposé dans ou à proximité d’un plan (72) conjugué optiquement avec le plan de Fourier (71) du microscope optique (100), le contrôleur (300) étant adapté pour orienter angulairement le dispositif réflectif de balayage (42, 48) de façon à ce que la première caméra (51) acquière au moins une première image (61, 62,…, 6N) d’une portion du champ objet de l’objectif de microscope (21, 22, 23), simultanément avec l’image large vue du champ objet acquise par la seconde caméra (52).
  2. Microscope selon la revendication 1 dans lequel le contrôleur (300) est adapté pour orienter angulairement le dispositif réflectif de balayage angulaire (42, 48) dans une série d’au moins deux positions, la première caméra (51) étant adaptée pour acquérir une série de premières images (61, 62,…, 6N) d’au moins deux portions du champ objet sans déplacement de l’échantillon, sans changement d’objectif de microscope et sans changement de grossissement optique entre le champ objet et la première caméra (51), le microscope (100) comprenant un système de traitement d’image adapté pour recevoir la série de premières images (61, 62,…, 6N) et pour reconstruire une image mosaïque (600) haute résolution du champ objet.
  3. Microscope optique selon la revendication 1 ou 2 comprenant un oculaire disposé pour former une image visuelle du champ objet.
  4. Microscope optique selon la revendication 2 et la revendication 3 dans lequel l’image visuelle s’étend sur un champ de vue inscrit dans l’image mosaïque.
  5. Microscope optique selon l’une des revendications 1 à 4 dans lequel le dispositif réflectif de balayage angulaire (42, 48) comprend un miroir plan monté sur un actionneur galvanométrique ou motorisé, le miroir plan étant mobile autour d’un ou deux axes.
  6. Microscope optique selon l’une des revendications 1 à 4 dans lequel le dispositif réflectif de balayage angulaire (42, 48) comprend un microsystème électromécanique à base de micromiroirs.
  7. Microscope optique selon l’une des revendications 1 à 6 comprenant un boîtier (10) entourant le corps du microscope, le boîtier ayant un port de sortie et un système optique de déport disposé de manière à déporter le plan de Fourier via le port de sortie à l’extérieur du boîtier, et dans lequel le module d’imagerie est arrangé à l’extérieur du boîtier du microscope.
  8. Microscope optique selon l’une des revendications 1 à 7 dans lequel le microscope est de type droit ou inversé.
  9. Microscope optique selon l’une des revendications 1 à 8 comprenant un dispositif d’affichage adapté pour afficher simultanément l’image large vue du champ objet et ladite au moins une première image (61, 62,…, 6N) d’une portion du champ objet de l’objectif de microscope (21, 22, 23).
  10. Procédé de microscopie optique comprenant les étapes suivantes :
    • collection d’un faisceau image (30) issu d’un champ objet dans un plan objet (3) d’un objectif de microscope et formation d’une image intermédiaire dans un plan image (33) conjugué optiquement avec le plan objet (3) ;
    • Collection du faisceau image issu du plan image (33) et séparation optique en un premier faisceau image (31) et un second faisceau image (32) ;
    • Transmission du premier faisceau image (31) via un premier système optique (41, 42, 43) vers une première caméra (51), le premier système optique (41, 42, 43) comportant un dispositif réflectif de balayage angulaire (42, 48) disposé dans ou à proximité d’un plan (72) conjugué optiquement avec le plan de Fourier (71) du microscope optique ;
    • et simultanément, transmission du second faisceau image (32) via un second système optique (44, 45, 46, 47) vers une seconde caméra (52), le premier système optique (41, 42, 43) ayant un grossissement supérieur au second système optique (44, 45, 46, 47);
    • acquisition via la seconde caméra (52) d’une image large vue apte à s’étendre sur tout le champ objet de l’objectif de microscope (21, 22, 23) ;
    • orientation angulaire du dispositif réflectif de balayage (42, 48) pour l’acquisition via la première caméra (51) d’au moins une première image (61, 62,…, 6N) d’une portion du champ objet de l’objectif de microscope (21, 22, 23), simultanément avec l’acquisition de l’image large vue via la seconde caméra (52).
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