V. — MICROSCOPE COMPOSÉ

199. Principe du microscope. — Comme tous les instruments d'optique dits composés^ le microscope comprend deux parties essentielles : Tune, appelée objectifs produit une image réelle de l'objet qu'on veut examiner; Tautre, appelée oculaire^ est une espèce de loupe dans laquelle on regarde l'image réelle fournie par l'objectif.

Réduit à sa plus simple expression, l'objectif d'un microscope est une lentille convergente CD (fig. 156) à très court foyer, vis-

Fig-. 153.

à-vis de laquelle on place l'objet AjBj, un peu en avant du foyer principal. Les rayons qui, partis d'un point Bj de l'objet, traversent l'objectif, vont concourir en un point B', image réelle du point Bp puis vont tomber sur l'oculaire GH. Si l'image A'B' est placée entre la lentille GH et son foyer, les rayons restent divergents après avoir traversé l'oculaire et donnent naissance à une image virtuelle agrandie, AgB^, qu'on observe en plaçant l'œil contre l'oculaire.

L'objectif et l'oculaire sont placés aux deux extrémités d'un tube AB (fîg. 157). Pour que l'image A'B' se forme à une distance convenable de l'oculaire, l'objectif doit être placé à une distance déterminée de l'objet ou, comme on dit, mis au point. Le tube AB glisse dans le tube CD, ce qui permet de le rapprocher ou de Técarler rapidement de l'objet placé sur la plate-forme F; en outre, le tube CD est porté par une pièce métallique qu'on peut faire mouvoir lentement en agissant sur une vis de rappel dont on voit la tête en E.

200. Eclairage de l'objet. — Les objets observés au microscope sont presque toujours regardés par transparence ; ils sont placés à cet effet sur une lame de verre ou porte-objet qu'on maintient à Taide de ressorts ou valets sur une plate-forme ou platine F. Cette platine est percée en son centre d'un trou devant lequel se trouve un diaphragme à trous qui permet de laisser passer une plus ou moins grande quantité de lumière. Cette lumière est réfléchie vers l'objet ou préparation à l'aide d'un miroir, H, en verre étamé très mince, placé au-dessous de la platine ; ce miroir est articulé à une pièce métallique qui permet de lui donner diverses positions; il est généralement double, plan d'un côté, concave de l'autre, et on emploie l'une ou l'autre face suivant l'intensité d'éclairement qu'on veut obtenir.

Quelquefois, mais rarement, les préparations microscopiques sont peu translucides ou même opaques, et doivent être éclairées par la partie supérieure; on se sert pour cela d'une loupe, K, fixée, au-dessus de la platine, à la pièce métallique qui porte le tube du microscope. Cette loupe, avec les objectifs à court foyer, est remplacée par un miroir sphérique concave fixé à l'objectif, centré sur l'axe de l'instrument, mais percé d'un trou pour laisser les rayons arriver à l'objectif; ce miroir est tourné vers l'objet; il reçoit, au travers de la platine, les rayons réfléchis par le miroir H et les concentre sur l'objet qui se trouve placé à peu près en son foyer.

201. Objectif. — Les objectifs destinés aux faibles grossissements sont quelquefois formés d'une seule lentille, mais cette lentille est achromatique, c'est-à-dire qu'elle se compose en réalité de deux verres, un verre convergent de crown et un verre divergent de flint; ces deux verres sont accolés et donnent des images sans irisation.

Les forts objectifs sont formés généralement de trois lentilles Cj, Cg, C3 (fîg. 158); la construction en est, en effet, plus facile que celle d'une seule lentille équivalente comme distance focale, et l'aberration de sphéricité est diminuée. La première de ces lentilles, qui a le foyer le plus court, donne de l'objet AB une image virtuelle AjBj; la seconde transforme kfi^ en une autre image virtuelle A^Bg, et celleci se trouve assez éloignée de la troisième lentille pour y donner une image réelle A3B3 qu'on observe dans l'oculaire. Autrefois, chacune de ces trois lentilles était achromatique et formée de deux verres: maintenant, on se contente d'achromatiser celle du milieu, ou môme on forme chacune d'elles d'un seul verre; ces verres sont d'ailleurs combinés de manière à donner des images achromatiques.

IXSTnCMENTS D OPTIQUE 46T

On appelle distance focale d'un objectif la distance focale d'une lentille unique avec laquelle le rapport des dimensions de l'image A'B' et de l'objet AB serait le même, l'image et l'objet se trouvant à la même distance l'un de l'autre. Les opticiens ont conservé l'habitude d'exprimer cette distance focale en pouces et en lignes.

■Il

Fig. 157. Fig. 15S.

La distance frontale est la distance de l'objet à la première lentille ou lentille de front de l'objectif.

On donne enfin le nom d'angle d'ouverture k l'angle CA,D (fig. 156) que forment les rayons extrêmes émanés d'un point de l'objet et pénétrant dans l'objectif; plus cet angle est grand, et plus nombreux sont les rayons qui concourent à former dans l'instrument l'image d'un point de l'objet, et plus les détails de cet objet sont rendus visibles.

Cependant, un angle d'ouverture considérable augmente les aberrations de sphéricité et favorise les pertes de lumière par réllexion à la surface de l'objectif; pour remédier k ces inconvénients, Amici a imaginé de mettre une goutte d'eau entre l'objet et l'objectif; on a alors ce qu'on appelle les objectifs à immersion, exclusivement employés, d'ailleurs, pour les forts grossissements.

L'objet est lui-même presque toujours noyé dans une couche très mince d'eau ou de quelque autre liquide, placée entre le porte-objet et une lamelle de verre très mince appelée couvre-objet; on évite ainsi les réfractions brusques de la lumière dans l'objet et les images gagnent en clarté et en netteté. .

Le couvre-objet peut introduire lui-même des aberrations qui dépendent de son épaisseur et sont surtout sensibles dans les forts grossissements; on corrige ces aberrations à l'aide d'objectifs dont la troisième lentille ou les deux dernières sont mobiles par rapport à la lentille de front; ce sont les objectifs à correction.

202. Différeates sortes d*ociilalres. — En réalité, l'oculaire d'un microscope n'est jamais formé d'une lentille unique, comme nous l'avons supposé plus haut, mais il comprend toujours deux lentilles : celle qui reçoit la première les rayons venus de l'objectif s'appelle vore de champ ; elle détermine, comme nous le verrons, la grandeur du champ de l'instrument; l'autre est le verre de VœiL

Ces oculaires doubles sont de deux sortes :

1° Les oculaires positifs, qui sont de véritables doublets, et peuvent fonctionner comme loupe dans l'observation des objets réels.

2° Les oculaires négatifs, dont le verre de champ doit intercepter les rayons venus de l'objectif en avant de leur point de concours; l'image objective joue vis-à-vis d'eux le rôle d'objet virtuel, et ils ne peuvent jamais tenir lieu de loupe.

Dans chacune de ces combinaisons, le diamètre des lentilles est, en général, égal k la moitié de leur distance focale.

203. Ocoialro positif. — Les oculaires positifs sont employés rarement. Imaginés par Ramsden, ils ne sont pas tous construits sur le même modèle; d'après Pouillet, la disposition qui donne les moindres aberrations consiste à associer (fig. 159) deux verres plan-con-

Fig. 159.

vexes identiques, OL, O'L', dont les convexités sont tournées Tune

vers l'autre, et dont la distance est égale aux ^ de la distance focale

commune F. L'image objective A'B' doit se former assez près du

verre de champ O'L' pour y donner une image virtuelle A'^B" ; celle- <;i donne, à son tour, dans le verre de Tceil, Tirnage qu'on perçoit. Pour calculer la distance focale de cet oculaire, appliquons la formule générale du n** 140, en y faisant la distance focale de chaque

verre égale à F et la distance des deux verres égale à ^ F; il vient

La puissance de cet oculaire est donc égale aux quatre tiers de la puissance d'un oculaire simple formé avec l'un des deux verres.

La position des plans principaux se détermine aiisément : ils sont situés entre les deux verres, au quart et aux trois quarts de la dislance 00'. La distance focale étant calculée et l'un des foyers ou l'un des points nodaux étant mis en place, tous les autres points s'en

déduisent immédiatement, le système étant symétrique. Les foyers

sont à une distance des verres égale à -r F.

204. Oculaire nég^atif. — Le plus souvent, les observations au microscope se font à l'aide d'un oculaire négatif imaginé par Huyghens. A l'époque d'Huyghens, on ne faisait pas d'objectifs achromatiques; l'oculaire négatif permettait de corriger ce défaut et permet encore maintenant d'avoir de meilleures images, tant au point de vue de l'achromatisme qu'au point de vue de l'aplanétisme.

Un objectif non achromatisé w (flg. 160) donne d'un point lumi-

Fig. i60.

neux, non pas une image unique, mais une série V'R' d'images <;olorées situées sur le même axe secondaire; du centre optique 0 d'une lentille OL, ces images seraient vues dans des directions différentes et chaque ligne de l'objet observé paraîtrait irisée; une lentille O'L', placée en avant de V'R', ramène ces images en V'R", sur les axes secondaires respectifs O'V, O'R', et l'on conçoit que ces nouvelles positions puissent être en ligne droite, ou à peu près en ligne droite^ avec le point 0 ; il n'y aura donc plus, ou presque plus d'irisations apparentes.

La longueur du microscope étant toujours très grande vis-à-vis de la distance focale F' du verre de champ O'L', tous les rayons réfractés par cetle lentille iraient, si le verre de l'œil n'existait pas.

rencontrer Taxe à peu près à la distance F' et formeraient un

faisceau conique dont la longueur serait F' et le diamètre de base

-^ (202). Le verre de Toeil est placé de manière à intercepter ce

faisceau aussi exactement que possible, et, comme son diamètre est la moitié de sa distance focale, soit ^, il doit se trouver à une distance F du sommet, et, par conséquent, à une distance F' — F de la base; donc la distance des deux verres est

D'autre part, la pratique et la théorie ont montré que la condition

d'achromatisme exigeait que Ton eût

Oï

etTï

De ces deux relations, on tire c = 2F et F = 3F.

Fig. 161.

D'après cela, Toculaire d'Huyghens se compose de deux verres plan-convexes, OL et O'L' (fig. 161), de distances focales F et 3F, dont les convexités sont tournées du côté de la lumière incidente et dont la distance est égale à 2F. La distance focale de ce système est donnée par Téquation

Les foyers sont placés symétriquement de part et d'autre du verre

de l'œil, à la distance q, et les plans principaux offrent ceci de particulier qu'ils comprennent les foyers dans leur intervalle.

205. Anneau oculaire. — Tous les rayons qui traversent l'objectif peuvent être supposés issus de sa surface et passent, après leur réfraction dans l'oculaire, à l'intérieur d'un cercle, image toujours réelle de l'objectif dans l'oculaire. Cette image, qu'on appelle cercle oculaire ou anneau oculaire^ est excessivement petite; on peut placer l'œil de telle sorte qu'elle tombe à Tintérieur de la pupille, et on voit alors l'image de tous les points de l'objet qui envoient des rayons au travers de l'instrument.

Appelons b la distance de l'objectif (supposé mince) au premier point nodal de l'oculaire, x la distance, en valeur absolue, du cercle oculaire au second point nodal; x est donné par l'équation

d'où

Le cercle oculaire est toujours très près du foyer F,.

206. Constraction des imagées. — Soient, d'une manière générale, Qi et Q2 (%• ^62) les points nodaux de Tobjectif, Pj et P^, F, et F., les points nodaux et les foyers principaux de Toculaire (disposés, par exemple, comme dans l'oculaire négatiO, Aj B, un objet. L'image

S A' fi

IÇ.

Fig. 162.

objective de B^ sera quelque part en B', sur une droite Qj B' parallèle àBjQi. L'imagé virtuelle définitive Bj est sur une parallèle menée par le point Pg à la droite B'Pj. Pour ne pas compliquer la figure, on n'a pas dessiné les rayons qui achèveraient de déterminer le point B^.

207. Mise au point. — Désignons par 9 et /"les distances focales de l'objectif et de l'oculaire, par b le segment PjQ^, qui représente sensiblement la longueur de l'instrument, par ttj, tt^, p^, p^ les distances conjuguées par rapport à l'objectif et à l'oculaire, par A la distance à laquelle on regarde, enfin par a la distance du point Pj au centre optique de l'œil. Ces diverses longueurs sont liées entre elles par les relations

TTi «2 9'

4 i 1 pI à — a /i'

b = pi — ira-

On met généralement l'instrument au point en le déplaçant tout d'une pièce et laissant la distance b constante. Sans résoudre les équations précédentes, on voit aisément que ttj doit varier dans le même sens que A : un myope placera l'instrument plus près de l'objet qu'un hypermétrope; cela résulte, d'ailleurs, de ce fait général que, dans les lentilles, l'image et l'objet se déplacent toujours dans le même sens.

208. Grossissement. — La définition est la même que pour la loupe et, comme pour la loupe, on peut le représenter par le rapport des longueurs AgBg et AjB^; ce rapport peut être regardé comme le produit des deux rapports

et

ce qu'on exprime en disant que le grossissement du microscope est le produit des grossissements de l'objectif et de Toculaire.

En exprimant ces grossissements à Taide des distances conjuguées, et remplaçant ttj, tt^ et p, par leurs valeurs tirées des équations précédentes, on trouve pour le grossissement total :

L'œil doit, autant que possible, coïncider avec le cercle oculaire ; si Ton remplace a par la valeur trouvée pour x (205), l'expression de G prend la forme un peu plus simple

Dans tous les cas, il est facile de s'assurer que le terme principal de cette expression est

Par conséquent, le grossissement d'un microscope est à peu près proportionnel à la longueur de Vinsirument et inversement proportionnel aux distances focales de V objectif et de Voculaire. Le signe — rappelle que l'image est renversée.

La puissance^ définie comme pour la loupe, sera sensiblement

La pratique a montré que b ne devait pas dépasser certaines limites, sous peine de rendre l'instrument incommode, et, bien que l'oculaire soit quelquefois susceptible de tirage, on peut, le plus souvent, regarder la longueur de l'instrument comme constante; on modifie la puissance en changeant d'oculaire, ou mieux d'objectif : les accessoires du microscope comportent toujours un plus grand nombre d'objectifs que d'oculaires.

209. Remarque, — La définition du grossissement étant la même pour le microscope et pour la loupe, et les formules de la loupe étant applicables à un système quelconque de lentilles, on pourrait exprimer le grossissement du microscope comme celui de la loupe, en mettant en évidence la distance focale de l'instrument tout entier; c'est l'inverse de cette distance focale qui multiplie A dans les expressions ci-dessus. Mais l'objectif et l'oculaire sont deux parties tellement distinctes, qu'il est préférable de laisser leurs distances focales en évidence dans les formules.

210. Champ. — On appelle champ l'espace angulaire dans lequel doit se trouver un point lumineux pour être aperçu dans l'instru-

ment. Or l'objectif étant toujours très étroit, et les pinceaux lumineux qui le traversent allant encore en s'amincissant h mesure qu'on approche de 1 oculaire, on peut négliger leur section k l'endroit où ils rencontrent le verre de champ, et mesurer le champ par Tangle que font les axes secondaires extrêmes qui peuvent rencontrer Toculaire. Cet angle est toujours très petit; le diamètre du verre

de champ est -g- (202); sa distance à l'objectif est k peu près b;

l'angle de champ est donc approximativement

Cet angle ne dépend que de l'oculaire, mais il ne renseigne pas immédiatement sur les dimensions de la partie visible de l'objet observé; celui-ci est à une distance de l'objectif qui diffère toujours très peu de <p; l'angle de champ intercepte à cette distance unf* longueur donnée par l'expression

Or, pour un genre déterminé d'oculaire^ F' est proportionnel à la distance focale /*, de l'oculaire, et, en comparant l'expression de C avec le terme principal du grossissement, on voit que la partie visible de l'objet varie à peu près en raison inverse du grossissement. Faisons le calcul pour les trois sortes d'oculaires que nous avons déjà considérés :

Oculaire simple, — Supposons un oculaire formé simplement d'un verre de l'œil de distance focale F ; les expressions approchées du grossissement (valeur absolue) et du champ sont

Fï' ^ - 2 T' ^ ^^ ^^ - 2 (?'

Oculaire de Ramsden, — Laissons en évidence la distance focale du verre de l'œil, égale à celle du verre de champ :

P« 4 Aô p./ 1 F© p^ 2 A

Oculaire d'Hmjghens, — On a de même

Il résulte de ces expressions que, à grossissement égal^ le champ est plus grand d'un tiers avec l'oculaire de Ramsden qu'avec l'oculaire simple, et deux fois plus grand avec l'oculaire d'Huyghens.

211. Chambre claire da microscope. — Un microscope est généralement pourvu d'une chambre claire (188) qui permet de suivre

sur une feuille de papier les contours d'une image aperçue dans le champ de rinstrument.

Les premières chambres claires appliquées au microscope se composaient d'un miroir plan en acier MN (fig. 163), percé en son centre d'un trou fort étroit, placé en avant de Toculaire et incliné à 45*» sur l'axe de Tinstrument. Le microscope étant disposé horizontalement et l'œil placé vis-à-vis du miroir, la pupille recevait à la fois : 1° au travers du trou, des rayons venant de l'oculaire; 2^ par réflexion sur le miroir, des rayons venant d'une feuille de papier

horizontale placée à 23 centimètres environ au-dessous de l'oculaire. Telle était la chambre claire de Sœmmering; M. Nachet avait remplacé le miroir par un petit prisme à réflexion totale; mais ces chambres claires à une réflexion présentaient l'inconvénient de renverser l'image de la feuille de papier; le crayon qui servait à dessiner semblait se mouvoir en sens inverse de la direction qui lui était effectivement imprimée, ce qui était une gêne pour l'observateur.

Amici imagina de faire réfléchir d'abord les rayons sur un prisme à réflexion totale ABC (fig. 164); de cette façon l'image du crayon se trouve redressée, et cette nouvelle disposition s'adapte aussi bien aux microscopes verticaux qu'aux instruments horizontaux. Milne Edv^ards remplaça le petit miroir percé par un prisme à réflexion totale de dimensions assez faibles pour permettre à l'œil de recevoir des rayons de l'oculaire.

Citons enfin, parmi les dispositions les plus employées, la nouvelle •chambre claire de M. Nachet : elle se compose d'un prisme de verre ABCDI (fig. 165); contre la face CD est collé un petit prisme E, et cette face est fixée, à l'aide de la bonnette F, juste au-dessus de l'oculaire du microscope. Les rayons qui sortent de cet oculaire

traversent sans déviation le prisme E et le prisme ABCDI, dont Ten-

semble constitue en cet endroit une lame à faces parallèles; d'autre

part, les rayons venus de la feuille de papier

se réfléchissent totalement sur la face AB et

sur une partie de la face CD, puis arrivent

à Toeil dans la même direction que ceux qui

viennent du microscope.

Avec un peu d'habitude, on peut se dispenser de chambre claire : en regardant d'un œil l'image qui se forme dans le microscope et de l'autre le crayon et le papier, on arrive à éprouver la sensation de deux images superposées auxquelles on peut conserver à peu près la même intensité.

212. Hesurç expérimentale du g^rossistie' ^ig* ^65. ment. — Méthode de la chambre claire. — La

méthode la plus simple et la plus habituellement employée dans la mesure du grossissement consiste à regarder dans le microscope un micromètre objectifs c'est-à-dire une lame de verre sur laquelle se trouve gravé un millimètre divisé en cent parties égales, et à dessiner l'image de ce micromètre à l'aide d'une chambre claire; on mesure l'écartement des traits de cette image : le rapport de cet écartement au centième de millimètre représente le grossissement cherché.

On a la puissance en divisant le grossissement par la distance à laquelle on a placé la feuille de papier pour faire le dessin.

213. Grossissement de Vobjectif. — Le plus souvent, il suffît de connaître le grossissement produit par l'objectif, ou bien par l'objectif et le verre de champ s'il s'agit d'un oculaire négatif. Pour le mesurer, on se sert d'un oculaire micrométrique \ c'est un oculaire négatif entre les deux verres duquel on a placé un micromètre, généralement au dixième de millimètre ; ce micromètre doit être vu nettement dans le verre de l'œil, aussi ce dernier est-il mobile afîn que chaque observateur puisse le mettre au point. On place sur la platine un micromètre objectif et l'on compare son image à celle du micromètre oculaire. Soit :

^ la valeur d'une division du micromètre objectif,

- la valeur d'une division du micromètre oculaire,

p le nombre des divisions du premier dont l'image se superpose

à q divisions du second, X le grossissement cherché.

Ce grossissement se déterminera par l'équation

214. Mesure des objets microscopiques, — Une première méthode consiste à dessiner à la chambre claire l'objet qu'on veut mesurer, puis, sur la même feuille de papier, un micromètre objectif substitué à la préparation; on a ainsi immédiatement une échelle sur laquelle on mesure Tobjet dessiné.

Une seconde méthode consiste à observer l'objet à Taide du micromètre oculaire, après qu'on a déterminé, par le procédé indiqué plus haut (213), le grossissement de l'objectif.