Amélioration de la sensibilité

Comme on l’a vu, la sensibilité de détection est un paramètre fondamental pour tout système d’imagerie. Dans le cadre de la FF-OCM, il est possible de l’augmenter pour atteindre des valeurs correctes (autour de 70 dB) par l’accumulation d’images interféro- métriques. Cependant, l’accumulation augmente la durée d’acquisition des images tomo- graphiques. Dans le cadre de l’imagerie in vivo, il est fondamental de limiter au maximum cette durée d’acquisition, et donc que la sensibilité soit maximisée avant d’avoir recours à l’accumulation pour l’améliorer.

Dans les montages présentés précédemment, une des causes de la limitation de la sen- sibilité était le fait que les taches parasites issues du cube séparateur étaient seulement décalées au mieux du champ observé en éclairant de biais l’interféromètre et en jouant sur la position du diaphragme de champ (voir partie 3.2.4). Malgré tout, la « marge de déplacement » des taches parasites était trop faible pour que les taches parasites soient totalement séparées du champ d’observation, et il subsistait donc un fond dû aux taches parasites, participant à Rincoh et affectant la sensibilité du système. Notons de plus que l’éclairage de biais semblait affecter la résolution latérale, effet perceptible en périphérie des images tomographique présentées précédemment (figure3.22et3.23).

Nous nous proposons donc de modifier l’interféromètre pour pouvoir l’éclairer dans l’axe tout en s’affranchissant des taches parasites dues aux réflexions sur les faces du cube séparateur.

15. Concept de firmware par opposition au hardware, faisant référence à un élément dont la programma- tion ne peut être modifiée, et au software, faisant référence à la programmation de logiciels fonctionnant sur des éléments déjà programmés (hardware).

Figure 3.26 – Tracé des rayons issus du rayon se propageant selon l’axe optique (en noir) avant d’entrer dans l’interféromètre : en bleu, les rayons utiles réfléchis par l’échantillon et la surface de référence, en rouge, les rayons parasites réflechis par les faces du cube séparateur. La taille du champ dans le plan du capteur de la caméra est connue d’après le champ d’observation et le grandissement du système.

Pour ce faire, la méthode retenue a été d’incliner le cube séparateur d’une quantité suffisante pour que les taches parasites soient finalement entièrement séparées du champ d’observation au niveau de la caméra.

La figure3.26illustre par un tracé de rayon la façon dont l’inclinaison du cube permet la séparation des taches parasites et des rayons « utiles » au niveau du capteur de la caméra. Les rayons représentés sont ceux suivant l’axe optique en incidence sur le cube, et déterminant donc le centre du champ au niveau du capteur de la caméra. Notons bien que la taille des taches parasites est la même que la taille du champ utile (limitation par le diaphragme de champ, conjugué avec le plan du capteur de la caméra).

On détermine à partir de ce tracé de rayons, on peut déterminer l’angle duquel il faut incliner le cube séparateur pour séparer les taches parasites en considérant un champ de 11 mm au niveau du capteur de la caméra (G×F OV ' 11 mm). On retiendra une inclinaison de 3.5°, donnant une certaine marge sur le champ (nécessaire si une autre caméra ou lentille de tube sera plus tard utilisée, le champ d’observation maximal des objectifs étant de 2.6 mm).

Notons que nous souhaitons toujours pouvoir placer l’échantillon à observer sous l’ob- jectif du bras objet comme dans un microscope conventionnel, et ainsi l’angle du cube se traduit par une inclinaison de l’objectif de référence et de la voie d’éclairage d’un angle valant deux fois l’inclinaison du cube (voir figure3.26). Travailler avec une voie d’éclairage inclinée n’est pas trivial, mais heureusement la voie d’éclairage LED est relativement simple et compact, et en la plaçant sur un rail on parvient relativement facilement à l’incliner de l’angle voulu.

Figure 3.27 – Plan du support de cube conçu pour l’élimination des taches parasites dues aux faces du cube.

support pour celui-ci, permettant non seulement de l’incliner mais aussi d’y fixer l’objectif de référence avec l’angle de 7° nécessaire. Les positions pour le centre de l’entrée de la voie d’éclairage et du filetage pour l’objectif de référence sur le support ont été déterminées analytiquement et validées par le tracé de rayon effectué numériquement et présenté précé- demment. A partir de ces considérations, un support de cube a été développé et construit en relation avec le bureau d’études mécanique de l’Institut d’Optique. La figure3.27présente le plan retenu pour le support de cube.

Une fois ce nouveau support en place dans le système et après inclinaison de la voie d’éclairage de l’angle nécessaire, nous avons mesuré le coefficient de réflexion « effectif » vu par la caméra en l’absence d’éclairage16_{, et en allumant la LED mais avec uniquement le}

cube dans le système. En comparant ces deux mesures, nous pouvons retrouver le coefficient de réflexion dû au cube, qui devrait normalement être nul avec le nouveau support. On détermine un coefficient de réflexion de 0.2% en l’absence d’éclairage, et de 0.24% en présence du cube. Le coefficient de réflexion du cube vaut donc 0.04%, négligeable par rapport à celui du fond de la caméra, et donc participant finalement très peu à Rincoh, ce qui correspond à nos attentes.

Notons cependant qu’à l’occasion de ces mesures, le coefficient de réflexion dû aux objectifs a aussi été mesuré, et vaut 1.7%, une valeur relativement élevée : le coefficient de réflexion moyen de la peau participant à Rincoh (dont il est impossible de s’affranchir) a été estimé à 2%, et c’est donc finalement, dans ce système, la réflexion des objectifs qui limite le plus la sensibilité. Pour améliorer encore la sensibilité, il faudrait donc utiliser des objectifs dont le traitement anti-reflet est plus efficace dans la gamme de longueur d’onde perçue par la caméra.

Notons aussi qu’à partir de ces mesures, on détermine, pour l’imagerie de la peau humaine, une valeur de Rincoh typique de 4% (somme des coefficients de réflexion dus au « fond », aux objectifs et à la peau).