Montage expérimental

4.3.4.1.1 Montage de FF-OCM à Stanford

La construction d’un montage de PS-FF-OCM nécessite de l’espace dans les bras de l’interféromètre afin d’y placer les éléments polarisants (voir figure 4.18). De plus, pour tester la méthode d’optimisation du contraste, il est nécessaire d’avoir un montage flexible, dans lequel on peut facilement modifier l’orientation des élements polarisants ou les rem- placer par d’autres. Le montage de FF-OCM compact décrit au chapitre3n’est ainsi pas modifiable facilement pour obtenir un montage de PS-FF-OCM.

Un nouveau montage de FF-OCM a ainsi été construit dans l’optique d’avoir un mon- tage PS-FF-OCM adapté au test de la méthode d’optimisation du contraste. Dans ce

9. http://yarpiz.com/80/ypea110-shuffled-complex-evolution

10. Notons que pour un résultat optimal, nous avons déterminé que 500 itérations étaient nécessaires, ce qui peut entraîner de très longs calculs, notamment si la fonction de mérite met du temps à être calculée en raison d’un codage Matlab non optimal. La première version de l’optimisation mettait ainsi environ 70h à compiler, contre une vingtaine de minutes après optimisation du codage Matlab.

11. On considérait dans cette simulation que les élements polarisants du système pouvaient unique- ment être des éléments linéairement biréfringents, ayant donc deux degrés de liberté (biréfringence et axe optique).

12. L’objectif de cette simulation est uniquement de donner un exemple de l’intérêt de la méthode, mais ne correspond pas à un cas réaliste en OCT, la biréfringence circulaire ne pouvant être perçue en OCT du fait de son annulation au cours de l’aller-retour dans l’échantillon. L’aller-retour n’est pas pris en compte dans cette simulation.

Figure 4.20 – Simulations d’images polarimétrique (H(x,y)) d’un échantillon constitué d’un fond n’ayant pas d’influence sur la polarisation et d’une cible (au centre) présentant de la biréfringence circulaire (d’angle π

4). a) Schéma de l’échantillon considéré. b) H(x,y) pour un montage conventionnel de PS-FF-OCM. c) H(x,y) pour un montage optimisé selon l’algorithme d’optimisation du contraste polarimétrique.

Figure 4.21 – Photo du montage de FF-OCM construit à Stanford.

montage, de l’espace a été prévu au niveau de la voie d’illumination, dans les bras de l’interféromètre et en sortie de l’interféromètre. Le montage a par ailleurs été construit à l’horizontal sur la table optique, permettant d’ajouter ou de retirer facilement des élé- ments. Un miroir de renvoi était installé pour que l’objectif du bras objet soit lui à la verticale, pour placer facilement les échantillons sous l’objectif comme dans un montage sur colonne. La figure4.21présente une photo du montage construit. On remarquera que le cube séparateur a été incliné tout comme dans le montage présenté à la section3.4, ce qui pouvait être fait de manière plus simple sur un montage horizontal.

Ce montage est éclairé par une LED blanche ayant un spectre quasi-identique à celui de la LED utilisée dans le montage de la section3.4, mais de puissance moindre (550 mW), ce qui ne pose pas de problème ici, l’objectif n’étant pas d’obtenir des images d’échantillons in vivo. Le montage d’éclairage Köhler a été conçu en considérant comme source l’image de la LED, formé par un système optique constitué de deux lentilles, les rayons issus de la LED étant renvoyés à l’infini entre les deux lentilles. Dans cet espace, un polariseur peut ainsi être placé, et l’éclairage vérifie les propriétés de l’éclairage Köhler.

La caméra utilisée est une caméra CMOS PCO (pco.edge 5.5), utilisée précédemment dans un montage de FF-OCM au sein du SBO. Cette caméra avait principalement été choi-

images pour que le signal ne soit pas trop faible, et les objectifs de microscope ne sont pas de haute qualité, et sont de plus conçus pour travailler avec des lames couvre-objet, que nous n’utiliserons pas, et dans l’air, ce qui pose des problèmes de correction de la dispersion si des échantillons biologiques sont imagés.

4.3.4.1.2 Adaptation du montage pour l’imagerie polarimétrique

A partir du montage construit, un montage de PS-FF-OCM conventionnel a été obtenu en ajoutant les éléments polarisants nécessaires : un polariseur (prisme de Glan-Thompson) dans la voie d’éclairage, et deux lames quart d’onde dans les bras de l’interféromètre. Ces éléments sont tous associés à des montures permettant de régler leur angle.

Du fait de l’utilisation d’une source à spectre large, il est nécessaire d’utiliser des éléments polarisants achromatiques. Notons qu’il est complexe de concevoir des lames quart d’onde achromatiques, et celles utilisées ici (Newport RP44) sont donc chères (celles utilisées ici coûtent presque 1500e).

Le montage doit aussi être modifié de telle manière à pouvoir analyser deux états de polarisations linéaires ( et ⊥) en sortie du système. Afin de pouvoir les analyser en utilisant une unique caméra, un module a été construit de manière à séparer spatialement la polarisation et la polarisation ⊥. Du fait du large champ de la caméra, il est ainsi possible d’obtenir simultanément sur la capteur deux images correspondant aux deux directions de polarisation analysées. Le module se compose de deux cubes séparateurs de polarisation et deux miroirs d’inclinaison réglable. Le premier cube sépare les deux polarisations, qui sont séparées spatialement par les miroirs inclinés, recombinées par le deuxième cube et finalement toutes les deux imagées au niveau du capteur de la caméra. La figure4.22illustre le fonctionnemment de ce module permettant d’imager les deux états de polarisation sur une seule caméra.

Un tel module permettant d’analyser les deux états de polarisations et ⊥ simulta- nément à l’aide d’une seule caméra n’avait à notre connaissance jamais été proposé en PS-FF-OCM.

Le module utilisé ici avait été précédemment construit, sans jamais avoir été effective- ment utilisé sur un montage de PS-FF-OCM. En le testant, on a montré qu’il introduisait beaucoup de vignettage, limitant finalement le champ observé à 350 μm, tandis que les objectifs ont un champ d’observation de 1.1 mm. Pour remédier à cela, des éléments plus grands devraient être utilisés. En raison d’une contrainte temporelle du fait de la durée

Figure 4.22 – Schéma de fonctionnement du module permettant de séparer les polarisa- tions orthogonales k et ⊥ au niveau du capteur de la caméra. PBS : cube séparateur de polarisation.

Figure 4.23 – Photo du montage de PS-FF-OCM construit.

réduite du séjour à Stanford, le module n’a pas pu être modifié de manière à corriger ce défaut.

La figure 4.23présente une photo du montage de PS-FF-OCM finalement construit. Notons que les angles des différents éléments doivent être bien réglés pour une ima- gerie PS-FF-OCM pertinente (voir section 4.3.2.2). La base définissant les angles 0° et 90° (directions x et y, polarisations k et ⊥) est determinée par les cubes séparateurs de polarisations du module décrit précédemment. Une procédure simple, basée uniquement sur la quantité de lumière dans les images correspondant aux polarisation k et ⊥ sur le capteur de la caméra a été développée pour régler les angles des différents éléments à 0° (polariseur), 22.5° (lame quart d’onde du bras de référence) et 45° (lame quart d’onde du bras objet). La figure4.24représente les deux images obtenues sur le capteur de la caméra lorsque le montage est correctement réglé, avec pour échantillon une surface identique à la surface de référence. Notons qu’il ne devrait pas y avoir de franges dans la direction k. Leur présence est probablement due au fait que les lames quart d’onde ne fonctionnent pas parfaitement sur tout le spectre de la lumière.

Figure 4.24 – Images obtenues pour les polarisations k et ⊥ lorsque le montage de PS-FF- OCM est réglé en configuration conventionnelle, avec un échantillon identique à la surface de référence.

Figure 4.25 – Images polarimétriques d’un film polarisant. a) H(x,y), b) axe optique, c) H(x,y) obtenue en simulation numérique, connaissant la matrice de Jones du film polari- sant.

Afin de tester le montage pour l’imagerie polarimétrique, un film polarisant a été utilisé comme échantillon. La mesure de la « biréfringence » (en tant que résultat de l’algorithme donnant la biréfringence (image H(x,y)), un film polarisant n’étant pas un élement bi- réfringent mais polarisant) était cohérente avec l’image obtenue par simulation pour cet échantillon (sa matrice de Jones étant connue13_{), comme présenté sur la figure 4.25. Sur}

cette figure, le calcul de l’axe optique est aussi présenté. Comme on le voit, il est impossible de mesurer pertinemment l’axe optique en raison de ses variations trop importantes sur le champ d’observation (pourtant faible), entrainant un repliement de la mesure. Ceci justifie d’ailleurs le fait de travailler uniquement sur l’algorithme de mesure de biréfringence dans le cadre de notre optimisation, les images de l’axe optique n’étant pas exploitables (en plus d’être moins adaptées à la caractérisation des échantillons comme expliqué précédemment). Dans le cadre de la méthode d’optimisation du contraste polarimétrique, notons qu’il n’y avait pas à notre disposition d’autres éléments polarisants que ceux utilisés dans le mon- tage de PS-FF-OCM. L’optimisation pourra ainsi être faite uniquement sur l’orientation des différents composants, ce qui réduit à 3 le nombre de degrés de liberté.

13. Il est nécessaire de prendre en compte l’aller-retour de la lumière dans le film polarisant pour la matrice de Jones à prendre en compte dans la simulation.

Afin de régler correctement les angles des éléments polarisants selon le résultat de l’op- timisation, il convient de bien calibrer les angles des éléments polarisants par rapport à la base (x,y), au-delà de la configuration particulière correspondant au montage conventionnel de PS-FF-OCM. Une procédure a ainsi été développée pour associer les angles indiqués par les montures des éléments aux angles dans la base (x,y). Cette procédure est plus complexe que celle pour déterminer la configuration conventionnelle de PS-FF-OCM, cependant, elle se base aussi uniquement sur la quantité de lumière dans les images correspondant aux polarisation k et ⊥ sur le capteur de la caméra. L’idée de cette calibration est de calculer théoriquement le ratio des quantités de lumière dans les deux images en fonction de l’angle dans la base (x,y), puis de calculer en pratique le ratio en fonction des angles indiqués par la monture de l’élément à calibrer. En comparant les deux mesures, on peut associer les angles indiqués par les montures aux angles dans la base (x,y). Cette procédure est faite pour chaque élément du système.