Le Microscope Photonique en transmission.

(LES COMPOSANTS DU MICROSCOPE)



LES OBJECTIFS

 


Plan





- GÉNÉRALITÉS -


 


L'objectif est la pièce majeure du microscope. C'est lui qui révèle les détails de l'image microscopique avec toutes ses qualités mais aussi ses imperfections. L'image fournie par les premiers objectifs composés était entachée de nombreux défauts si bien que pendant longtemps on leur préféra les microscopes simples. L'optique géométrique nous a appris la nature de ces défauts appelés aberrations. Les différents degrés de correction de ses aberrations ont conduit à l'existence de plusieurs catégories d'objectifs. Les objectifs se sont également différenciés en fonction de leur usage ou de la géométrie du microscope. Enfin les objectifs peuvent varier dans leur conception en fonction du grossissement et de la résolution qu'ils procurent.

 
     
 
 



 

- LA RÉSOLUTION -

 


 


Un objectif parfaitement stigmatique produit, parce qu'il est diaphragmé par le support de sa lentille frontale, pour chaque point de l'objet examiné, une petite tache appelée figure de diffraction ou disque d'Airy. (Figure No 1)

Cette image de diffraction est composée d'une tache circulaire (maximum central) lumineuse entourée d'anneaux sombres séparés par des anneaux brillants ( anneaux de diffraction).

(Fig: No 1)



Deux points rapprochés forment une tâche étalée mais les deux points sont confondus et un seul point est vu..

Figure No 2: Deux points non résolus (confondus)


Pour que deux points de l'image soient considérés comme distincts (séparés), il faut au minimum, qu'au niveau des taches de diffraction qu'ils produisent, le maximum central de l'une coïncide avec le premier minimum nul de l'autre. (Figure No 3)

Figure No 3: Deux points résolus (séparés) .

 


Le pouvoir séparateur d'un objectif sera donc égal au rayon du premier anneau sombre de la figure de diffraction.

Le calcul géométrique de ce rayon ( r ) nous donnera l'expression suivante:

r = 1,22 lambda / N

ou encore

r = 0,61 lambda / n sinus u

ou encore

r = 0,61 lambda / ON

 
   

N =
lambda =
u =
ON =

2 n sinus u
la longueur d'onde de la lumière utilisée
le demi angle du faisceau d'éclairage
Ouverture Numérique
 
 
Cette formule n'est valable que pour une lumière totalement incohérente
.
Vous pouvez utiliser une petite Calculette offerte pour évaluer le pouvoir séparateur de vos objectifs.

 
 
 



 

- LES ABERRATIONS -

 


 


Tous les systèmes optiques y compris l'oeil sain sont entachés de défauts.
Les défauts de tels systèmes autres que la diffraction sont appelés aberrations.
On peut classer ces aberrations en deux catégories, les aberrations géométriques qui existent même en lumière monochromatique et les aberrations chromatiques dues aux dispersions inégales des différentes longueurs d'onde dans les verres.

 
 

 

L'aberration chromatique:

 
 

Le trajet des rayons dans le verre est différent selon la longueur d'onde de la lumière utilisée si bien qu'en lumière blanche, plusieurs images de couleurs différentes seront formées sur des plans différents.  
 

 

Les aberrations géométriques:

  • L'aberration sphérique:
    Tous les rayons issus d'une source ponctuelle située sur l'axe, après leur passage à travers une lentille sphérique ne se focalisent pas en un point mais à différentes distances sur l'axe.

  • La coma:
    Un point éloigné de l'axe optique apparaît étalé en forme de "comète".
  • La courbure de champ:
    L'image d'un objet plan ne forme pas un plan au foyer mais une surface courbe si bien que l'image ne peut pas être au point en même temps sur toute sa surface.
 
 


Il existe bien d'autres aberrations mais seules celles-ci nous intéressent dans la correction des objectifs de microscope.

 
 
 

 

 

- TYPES D'OBJECTIFS -

 


 

 

  • Objectifs corrigeant l'aberration chromatique:

    • Objectifs achromatiques.
      Ils son corrigés pour le rouge et le bleu ils conviennent donc pour l'observation visuelle.


    • Objectifs semi-apochromatiques.
      A mi chemin entre les deux catégories voisines, ils donnent d'excellents résultats en éliminant le spectre secondaire grâce à l'utilisation de la fluorine qui donne un meilleur contraste et une meilleure résolution, mais la fluorine à tendance à s'opacifier dans le temps.

    • Objectifs apochromatiques.
      Ils sont corrigés pour trois longueurs d'onde, le spectre secondaire à totalement disparu, ils sont remarquablement performants en ce qui concerne la résolution et le contraste.

  • Objectifs corrigeant les aberrations géométriques
 
    Les corrections des aberrations géométriques ( objectifs plans ) se superposent généralement aux corrections des aberrations chromatiques.
Nous avons donc les catégories suivantes.

 
 
    • Objectifs plan-achromatiques ou planachromatiques.
      Ce sont des objectifs achromatiques avec correction de la courbure de champ.

    • Objectifs plan-semi-apo ou plan semiapochromatiques.
      Ce sont des objectifs semi-apochromatiques avec correction de la courbure de champ.

    • Objectifs plan-apochromatiques ou planapochromatiques.
      Ce sont des objectifs apochromatiques avec correction de la courbure de champ.
 
 
 


 

- OBJECTIFS FAIBLES MOYENS ET FORTS -

 


 

On répartit également les objectifs en classes de grossissements.

  • Objectifs faibles.
    1 x à moins de 10 x
    .Ils permettent d'examiner des préparations dont la surface est assez étendue, mais ils ne bénéficient pas des corrections d'aberrations poussées.
    .Ils ne permettent pas de réaliser l'éclairage de Kölher et ne sont pas toujours équilibrés avec les objectifs des autres classes de de grossissements du fait de leur grande distance de travail.

  • Objectifs moyens.
    10 x à moins de 40 x
    Ils
    sont équilibrés entre eux ainsi qu'avec les objectifs forts c'est à dire que le passage d'un objectif à l'autre se fait en conservant un maximum de mise au point.
    En outre leur distance de travail est suffisante pour ne pas entraîner trop de difficultés d'emploi.


  • Objectifs forts.
    De 40 x à 105 x ( et plus !) y compris les objectifs à immersion.
    Leur distance de travail est faible et la plus grande attention doit être apportée dans leur utilisation.
    Ils comportent le plus souvent des dispositifs "pare-choc" mais ce n'est pas une sécurité suffisante. La meilleure protection serait un détecteur de proximité avec alarme sonore !
 
 
 


 

- L'IMMERSION -

 


 

Pour obtenir la résolution maximale permise par la théorie, l'objet à examiner doit être rendu solidaire de la frontale de l'objectif par interposition d'un liquide d'immersion dont l'indice de réfraction est le plus élevé possible, égal ou supérieur à celui du verre de la lentille. (1.526 pour le Baume du Canada au xylène)
Les objectifs à immersion les plus courants sont des objectifs à immersion dans l'huile mais il existe des objectifs calculés pour être immergés dans l'eau ou dans certains cas d'autres substances spéciales.
 
 
 


 

- LONGUEURS DE TUBE -

 


 


Les objectifs sont calculés pour fournir une image corrigée soit pour une longueur de tube déterminée, soit ils sont corrigés à l'infini.

La longueur de tube pour les microscopes de l'ancienne génération est de 160 mm (parfois 170 mm) et de 215 mm ou 250 mm pour des microscopes inversés ou métallographiques.

Depuis 1980 les microscopes professionnels sont équipés d'objectifs corrigés pour une longueur de tube infinie.

 
 
 



 

- OBJECTIFS SPÉCIAUX -

 


 

Parmi les objectifs spéciaux nous pouvons citer sans être exhaustif.

  • Les objectifs pour contraste de Phase positifs ou négatifs.
    Munis de plaques de phase ( pour les microscopes à longueur de tube finie)

  • Les objectifs pour la polarisation.
    Exempts de tensions internes dans les verres.

  • Les objectifs pour la fluorescence.
    Ne comportant pas de fluorescence propre. A ne pas confondre avec les objectifs à la fluorine.

  • Les objectifs à multi-immersion.
    Permettent après réglage d'une bague, l'immersion dans des milieux différents.

  • Les objectifs pour immersion dans des liquides spéciaux.
    Immersion dans le iodure de méthylène ON= 1,51

  • Les objectifs multi-lamelles
    Permettent grâce à une bague d'utiliser plusieurs épaisseurs de lamelles ou pas de lamelle du tout.

  • Les objectifs à très grande distance de travail.
    Pour certaines applications industrielles.

  • Les objectifs à grand champ

  • Les objectifs en quartz.
    Pour le travail dans l'Ultraviolet ( Von Rohr)

  • Les objectifs à miroir vrais ( catadioptriques) et à miroir combiné avec des lentilles.
    Permettent totalement ou partiellement de s'affranchir du chromatisme et de travailler dans une gamme étendue de longueurs d'onde.

 
 
 

 


 

- LE MARQUAGE DES OBJECTIFS -

 


 


Sur la monture des objectifs on peut rencontrer les symboles suivants:
 
 
  • La marque du fabriquant.Nachet Zeiss Leitz etc
  • Le Grossissement en nombre de fois Ex : 100 x *
  • L'ON (Ouverture Numérique) ou ouv (ouverture)
    • NA (Numerical Aperture)
    • A ou Ap (Aperture)
  • La longueur de tube en mmm 160 170 210 ou bien le symbole infini.
  • Type d'immersion
    • I,H H oel oil dans l'huile
    • Gly dans la glycérine
    • W eau dans l'eau
  • Épaisseur de lamelle
    • 0 ou 0,17 ou 2
  • Correction géométrique
    • Plan Pl Objectifs plans
  • Correction chromatique
    • Achromatique
    • Semi apochromatique
      • Semi-apo
      • Fl Fluo
      • Néofluar Fluotar
      • Fluo-plan Pl-Fl
      • Ultrafluar
    • Apochromatique
      • Apo et Apochromat
      • Planapo Apoplan
  • Objectifs spéciaux
    • GF objectif à grand champ
    • Iris objectif à diaphragme
    • Cor Korr
    • Pol P objectif pour polarisation
    • Ph Phaco objectif de phase
    • Epi M objectif pour épiscopie
    • Epiplan objectif plan pour épiscopie

     

    * Les anciens objectifs n'indiquaient pas les grossissements mais possédaient des numéros.
 
 
Marquage de objectifs ZEISS
 
 
  • Br: long eye relief for spectacle wearers
  • corr: with correction collar
  • Cpl: compensating flatfield, but simpler and less well corrected than Kpl
  • D: coverglass thickness ( 0D = transmitted light objective for uncovered objects)
  • Epi: pour éclairage épiscopique
  • FOC: focusing eyelens
  • HD: bright + darkfield
  • Imm: immersion
  • LD: grande distance de travail (long working distance)
  • Kpl: compensating flatfield
  • Multi-imm: avec bague de correction pour immersion à l'eau , glycerol ou huile et avec ou sans lamelle.
  • oil: immersion dans l'huile (oil immersion)
  • PH: contraste de phase
  • POL: sans tensions (strain-free)
  • UD objectives have a very large working distance and are designed for use with the 4-axis universal stage
  • Water: immersion dans l'eau (water immersion)
  • W: widefield
  • Z: in centring
 
 



Les grossissements indiqués sur les objectifs ne sont pas toujours rigoureusement exacts, il est bon de les étalonner.