Objectifs à correction. En

1829, Amici remarqua le premier que des objectifs puissants, qui donnaient une image parfaitement nette quand on examinait les objets non recouverts d’un verre, n’en donnaient plus une aussi bonne quand on couvrait l’objet et de plus que la netteté de l’image augmentait ou diminuait selon l’épaisseur de ce verre ou couvre-objet. Pour remédier à ce défaut, qui résulte de l’aberration de sphéricité, Amici construisit ses objectifs de manière qu’ils dussent tous être employés avec des couvreobjets d’une épaisseur déterminée.

En i837,le célèbre opticien anglais Ross, qui ignorait la découverte

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d’Amici, fit la même observation et, pour remédier au défaut, il imagina les objectifs à correction.

Dans ce genre d’objectifs les deux lentilles supérieures (fig. 47, d) occupent entre elles une position invaiiable. Elles sont fixées à un " tube mobile et peuvent s’écarter et se rapprocher de la partie inférieure qui est fixe et qui porte la frontale (fig, 47, é) simple ou double. En tournant l’anneau a, les lentilles supérieures montent ou descendent et un ressort à boudin c régularise les petites inégalités de la vis et cela surtout afin d’éviter le “ temps perdu » qui se produit toujours lorsque l’on change le sens du mouvement.

La maison Cari Zeiss grave sur ses objectifs à correction une série de chiffres très pratique. Cette série de chiffres qui va de 10 à 25 (ou moins) indique directement la position à donner pour une épaisseur de cover donnée. Si l’on a, par exemple, à étudier une préparation recouverte d’un couvre-objet ayant un et demi dixième de millimètre, on mettra la division i5 en regard de l’index et l’on aura la meilleure position des lentilles pour étudier, dans l’éclairage axial, la préparation dont il vient d’être question.

On distingue encore les objectifs à sec et les objectifs à immersion.

3. Les objectifs à sec sont ceux où l’objet (ou plutôt la lamelle qui le recouvre) reste à une certaine distance (qui peut être infiniment petite) de l’objectif et où l’air interposé les sépare continuellement.

4. Dans les Objectifs à immersion, on relie au contraire l’objectif à la lamelle à l’aide d’une goutte de liquide. Dans les objectifs à immersion ordinaires le liquide interposé est de l’eau distillée ; dans les objectifs dits homogènes on emploie de l’huile de cèdre soit pure, soit préalablement épaissie par l’action oxydante de l’air et additionnée ensuite d’huile d’olives.

Par l’interposition de ce liquide on ramène dans l’objectif un grand nombre de rayons lumineux qui se perdaient par le passage successif de la lamelle dans l’air et de là de nouveau dans le verre de l’objectif.

L’huile de cèdre a le même indice de réfraction (i,5i5) que le verre (crown) dont on se sert pour construire la lentille qui est la plus rapprochée de l’objet et que l’on nomme la frontale, il n’y a donc plus là de pertes par réfraction, tandis qu’il y en a encore un peu dans l’eau dont l’indice n’est que i,336.

Les objectifs à immersion donnent une image plus nette, plus lumineuse et plus détaillée que les objectifs à sec, ils ont également une distance frontale plus grande à grossissement égal ; c’est-à-dire que la frontale reste à une distance plus considérable de la lamelle et par suite le travail devient plus commode.

On a cru pendant tout un temps que les objectifs homogènes réalisaient le dernier mot de la construction des objectifs.

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Mais il n’en est pas ainsi et dans ces derniers temps la maison C. Zeiss a fait faire un progrès extrêmement considérable à l’optique du microscope, d’aboi'd par la construction des objectifs apochromatiques, ensuite par la fabrication d’un objectif spécial dont la frontale n’est plus en crown mais en un flint très dense.

5. Objectifs apochromatiques. Les objectifs apochromatiques ont été introduits dans le commerce en 1886 ('), par la maison Zeiss et ils sont dûs aux recherches de M. le professeur Abbe.

Les objectifs apochromatiques se distinguent, au point de vue optique, de tous les systèmes de lentilles employés jusqu’ici pour le microscope, par la réalisation simultanée de deux conditions relatives à la réunion des rayons du spectre en un même foyer. La première consiste dans la convergence en un même point de l’axe de trois rayons différents du spectre, c.-à.-d. dans la suppression du spectre, dit secondaire, existant dans les systèmes achromatiques employés jusqu’à ce jour. La seconde condition consiste dans la correction de l’aberration de sphéricité pour deux rayons de couleurs différentes ; tandis que jusqu’ici la correction n’était atteinte que pour un seul (celui dont la couleur est la plus claire).

Tous les systèmes optiques construits jusqu’à ce jour (le microscope aussi bien que les autres instruments) ne donnent une image nette que pour les rayons d’une seule couleur (intermédiaire entre le jaune et le vert pour les instruments à oculaire, intermédiaire entre le bleu et le violet pour la photographie).

Pour toutes les autres couleurs, ils donnent des images de plus en plus effacées, entourant l’image la plus nette d’un bord coloré, ou bien formant un nuage général, qui envahit tout le champ. Les objectifs apochromatiques donnent, au contraire, pour tous les rayons du spectre des images d’une netteté à peu près uniforme. On peut donc observer à la lumière blanche (composée) ou bien ne faire intervenir que quelques parties du spectre (soit en employant l’éclairage monochromatique, soit en photographiant) : l’image sera toujours d’une netteté uniforme.

De plus, dans les systèmes anciens, la correction des aberrations chromatiques n’est bonne que pour une seule zone de l’objectif : elle devient de plus en plus mauvaise vers les bords et vers le centre de la lentille ; au contraire, dans les systèmes apochromatiques la correction chromatique est faite également pour toutes les zones de l’objectif. En employant le test d’Abbe, par exemple, on ne remarque guère davantage l’apparition d’un contour coloré avec un éclairage très oblique que si l’on éclairait une moitié ou le centre de la lentille.

(1) Voir H. Van Henrck, Journal de micrographie 1886 page gi.

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Enfin, dans les systèmes achromatiques ordinaires, même pour la zone de l’objectif où la correction chromatique est la meilleure, il n’y a que les rayons de deux couleurs qui coupent l’axe en un même point : les images des différentes couleurs ne coïncident dono que deux à deux et présentent entre elles des différences de foyer très notables. Dans les systèmes dont il est question ici, les rayons de différentes couleurs coupent l’axe trois à trois au même point, de sorte que l’espace réservé aux différences de foyer pour tous les rayons du spectre (depuis les rayons optiques jusqu’aux rayons chimiques extrêmes), est de 7 à 10 fois plus petit, et peut, par conséquent, être considéré en pratique comme réduit à zéro, et cela d’une façon identique pour chaque zone de l’objectif.

Les images des différentes couleurs, déjà très nettes en elles-mêmes, sont donc amenées à coïncider parfaitement et à agir simultanément pour produire un seul et même effet.

Les avantages pratiques de ces innovations sont donc évidents. Une concentration de lumière beaucoup plus grande pour l’observation oculaire ordinaire ou pour tout autre usage avec un éclairage quelconque (central ou oblique, de couleur blanche ou monochromatique) assure à ces systèmes un avantage sur tous les systèmes construits jusqu’ici, tant au point de vue de la force de leurs effets qu’à celui du nombre des applications dont ils deviennent susceptibles;

Les couleurs naturelles des objets, jusque dans leurs plus faibles nuances, sont fidèlement rendues dans l’image. Celles-ci sont presque aussi nettes sur les bords qu’au milieu du champ. Seulement par suite de la courbure inévitable du champ, les parties marginales n’ont pas complètement la même mise-au-point que les parties centrales et doivent être mises au point les unes après les autres à l’aide de la vis micrométrique.

Ces objectifs permettent l’emploi d’oculaires très forts sans que l’image perde en netteté ou en clarté. Ils donnent donc de forts grossissements avec une distance focale relativement grande et chacun de ces objectifs fournit à lui seul une série d’amplifications très différentes.

6. Objectifs à très grande ouverture. En remplaçant le crown de la frontale par une substance ayant un indice de réfraction plus élevé, on augmente notablement l’ouverture de l’objectif. Il y a environ 25 ans nous avons fait des essais dans cette voie et nous les avons relatés en 1869 dans la 2^ édition de cet ouvrage.

Mais, malgré des résultats inespérés nous avons dû interrompre ces recherches, faute de loisir et faute d’une installation assez parfaite, pour mener ces essais à leur perfection.

Mais ce qu’un amateur ne pouvait qu’ébaucher, la maison Zeiss

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vient de le réaliser d’une façon parfaite et en allant même infiniment plus loin que nous ne le pensions possible.

L'objectif qui a été construit possède une ouverture numérique de 1.63, la lentille frontale est en flint d’un indice de 1.72, il s’immerge dans le monobromure de Naphtaline dont l’indice est i.65.

En comparant ces divers chiffres on voit que l’objectif dévie considérablement du type homogène.

Nous décrirons cet admirable objectif, en parlant des appareils de la maison Zeiss.

Cet objectif cependant n’est pas le dernier mot de la science et MM. Zeiss prévoient dès maintenant pouvoir faire encore quelques pas en avant dans la même voie.

7. Les objectifs s’adaptent habituellement au tube à l’aide d’un pas de vis, mais malheureusement ces pas de vis different.

On distingue le pas de vis français employé par M. Nachet, le pas allemand qui est adopté par les constructeurs allemands et enfin le pas anglais qui est employé par les constructeurs anglais et américains et aussi par M. Zeiss. Le pas anglais, qui a été désigné par la société royale de Microscopie de Londres, est très supérieur aux autres parce qu’il permet l’emploi, dans la construction des objectifs, de lentilles d’un plus grand diamètre. Ajoutons cependant que les bons constructeurs du continent tels que MM. Nachet, Reichert, Hartnack munissent actuellement leurs instruments supérieurs du pas de vis anglais. 11 suffit dans ces instruments d’enlever la petite pièce qui termine le tube et que l’on nomme le cône, pour que l’on puisse y adapter les objectifs munis du pas anglais.

On classait anciennement les objectifs par des numéros ou des lettres, classification tout à fait arbitraire différant chez chaque constructeur.

Aujourd'hui presque tous les bons constructeurs classent leurs objectifs d’après le foyer ou la distance focale.

8. Diverses choses doivent être prises en considération dans l’examen des objectifs, ce sont : la distance focale, la distance frontale et l'angle d'ouverture.

Distance focale. — On nomme foyer d’une lentille l’endroit où se réunissent en un point unique tous les rayons qu’elle a reçus et la distance de ce point à la lentille se nomme distance focale.

Dans l’objectif de microscope tel qu’on le construit ordinairement à 2, 3 ou 4 lentilles, ces lentilles réunies jouent le rôle d’une seule lentille simple.

En réalité la distance focale d’une pareille combinaison est plus petite que le foyer d’un objectif simple qui donnerait le même grossissement. On ne l’y compare pas moins et les opticiens américains et anglais.

de même que quelques constructeurs allemands, numérotent leurs objectifs d’après leur valeur focale.

Le procédé le plus simple pour mesurer la distance focale d’un objectif est le suivant qui est indiqué par M. Harting.

On dépose un micromètre (par exemple le millimètre en loo'si l’objectif est fort, ou le millimètre en lo si l’objectif est faible) sur la platine du microscope. On visse l’objectif, dont on veut déterminer la distance focale, au tube de l’instrument et on remplace l’oculaire par un verre finement dépoli.

On éclaire le microscope par les rayons solaires, et on met au point jusqu’à ce que les traits du micromètre apparaissent avec leur maximum de netteté sur le verre dépoli.

A l’aide d’un compas on mesure la grandeur de l’image d’une division microméti'ique (pour plus d’exactitude on en prend un certain nombre dont on déduit la moyenne), et l’on mesure ensuite la distance bien exacte de la surface du micromètre à la surface dépolie du verre. On en tire la distance focale par la formule

bh a= —

De cette formule on tire comme suit la distance focale exacte/:

Dans ces formules :

a représente l’éloignement du micromètre à l’objectif ;

h la grandeur réelle d’une division du micromètre ;

d la grandeur de l’image de cette division ;

b la distance du micromètre à l’image.

Distance frontale. Il ne faut pas confondre la distance focale avec la distance frontale, cette dernière est la quantité dont l’objectif reste éloigné du couvre-objet lorsque la préparation est à point, c’està-dire visible avec son maximum de netteté.

La distance frontale est un facteur important de la valeur de l’objectif. Si la distance frontale est trop petite il faut se servir de couvre-objets excessivement minces et par suite peu maniables, en outre beaucoup de préparations toutes faites ne pourront être étudiées à l’aide de pareil objectif.

Nous devons encore maintenant examiner les qualités optiques que doit posséder l’objectif, c’est ce que nous ferons dans le paragraphe suivant.

Qualités optiques d’un bon objectif. L’objectif doit donner des images dont les contours soient nets, bien définis, montrant bien

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les détails, et, l’image donnée par les bords de l’objectif doit être aussi bonne que celle donnée par la partie centrale.

Ces qualités dépendent de l’angle d’ouverture de l’objectif et de la bonne correction des aberrations chromatique et sphérique.

On nomme angle d ouverture (fig. 48) l’angle formé par les deux rayons extrêmes émanant de l’objet et utilisé par l’objectif.

Plus cet angle (fig. 48) CAC’ et DAD’ est grand et plus l’objectif montre de détails dans l’image, mais, à mesure que cet angle augmente, la lentille frontale de l’objectif se rapproche également Fig. 48. de la lamelle et la partie de l’objet qui

se montre à la fois se rapproche de plus en plus d’un plan mathématique. Il faut que l’angle d’ouverture d’un objectif soit proportionné au grossissement et il serait absurde de donner un très grand angle à des objectifs faibles, car on ferait donner des détails que l’œil ne pourrait distinguer parce qu’ils sont trop rapprochés.

L’angle d’ouverture d’un objectif à sec est complètement différent de celui d’un objectif à immersion et comme la mesure de l’ouverture angulaire était sujette à des interprétations erronées, M. le Prof. Abbe a eu l’heureuse idée de remplacer cette mesure par une autre mesure que l’on nomme ouverture numérique.

Cette quantité est représentée par l’expression :

O — n sin u

dans laquelle n représente l’indice de réfraction du milieu ambiant, air, eau, huile et u le demi-angle d’incidence des rayons extrêmes.

Ainsi, dit le Dr J. Pelletan, (‘) un objectif à sec qui aurait le maximum d’ouverture angulaire, i8o“, aurait pour ouverture numérique I. En effet, dans la formule O = « sin u, l’indice n de l’air est i, et l’angle u est la moitié de i8o“, c’est-à-dire go“ dont le sinus est I . La formule numérique devient donc O = i x 1=1.

On voit ainsi qu’à cet objectif à sec, d’ouverture angulaire maximum, 180°, et d’ouverture numérique = i, correspond, comme puissance optique, un objectif à eau de 97° seulement d’ouverture angulaire. Car le sinus de 48° */2 moitié de 97°, est sensiblement 0,752, qui, multiplié par i,33, indice de l’eau, donne pour valeur de l’ouverture numérique : i.

Et les mêmes effets optiques seraient produits par un objectif à immersion homogène, à huile, qui n’aurait que 82° d’ouverture angu-

(1) Les Diatomées, page i5o.

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laire, car dans la formule O = n sin m, l’indice n est i,52 et sin u ou sin 41°, est sensiblement o,658. D’où o = i,52 x o,658 = i .

On verrait ainsi qu’à un objectif à sec, qui aurait 128° (dans l’air) d’ouverture angulaire, correspondrait un objectif à immersion dans l’eau qui n’aurait que 85°, parce que tous ideux ont la même ouverture numérique = 0,90. En effet la formule donne pour l’ouverture numérique du premier O = i x sin 64° = i x o, go — 0,90 ; et pour celle du second : O = i,33 x sin 42° 1/2 = i,33 x 68 = 0,90.

De même encore, un objectif à immersion homogène (n = i,52) qui n’aurait que 92° d’ouverture angulaire correspondrait à un objectif à immersion dans l’eau (« = i.33) de 112° d’ouverture angulaire, car tous deux auraient pour ouverture numérique: i.io comme il est facile de le voir par le calcul.

On reconnaît enfin que si, comme nous l’avons vu plus haut, un objectif à eau dont l’ouverture angulaire est de gy° et l’ouverture numérique i, et un objectif homogène de 82° d’ouverture angulaire ou d’ouverture numérique égale aussi à i, correspondent à un objectif à sec de 180° d’ouverture angulaire avec ouverture numérique égale à I, tous les objectifs à eau qui ont une ouverture angulaire plus grande que 97° et tous les objectifs homogènes dont l’ouverture angulaire est plus grande que 82° correspondent à des objectifs à air dont l’ouverture angulaire serait plus grande que i8o°.

Or ce résultat paraît absurde. On ne comprend plus un objectif dont l’angle d’ouverture serait plus grand que i8o°, ce qui en effet est irréalisable dans la pratique avec les objectifs à sec. C’est précisément ces considérations qui ont excité de longues et vives discussions entre les micrographes sur ce qu’on a appelé la question de l’ouverture. Et c’est aussi une des raisons qui ont amené le prof. Abbe à abandonner la notion de l’ouverture angulaire, laquelle n’a plus de sens à une certaine limite, pour la remplacer par celle de l’ouverture numérique qui s’applique à tous les cas.

L’ouverture numérique s’apprécie pratiquement à l’aide d’un petit appareil très-simple que l’on nomme V apertomètre d'Abbe (fig. 49).

L’apertomètre, qui est un appareil qui se place sur la platine du microscope, se compose d’un demi-disque épais, en flint-glass, de 90 mill. de diamètre. Le diamètre libre est taillé en biseau, de façon à produire les effets d’un prisme à réflexion, conduisant horizontalement la lumière dans l’axe du microscope. L’objectif qui doit être examiné est ajusté sur le point central de la surface supérieure du disque. Les limites de l’ouverture se déterminent par des index qui glissent sur la périphérie du disque et dont l’image projetée par l’objectif dans le tube du microscope est mise à point à l’aide d’un

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objectif accessoire qui se visse à l’extrémité inférieure du tube de tirage ; la mise-à-point s’opère alors en tirant plus ou moins ce tube de tirage.

Les index, mis à point comme il vient d’être dit, sont alors glissés le long du disque et, lorsque leur image est sur le point de disparaître du champ on lit leur position sur les deux échelles concentriques tracées sur le disque. L’une de ces échelles donne l’angle d’ouverture de l’objectif, la deuxième indique son ouverture numérique.

Fig. 49.

La possession d’un apertomètre rend les services signalés aux constructeurs et aux micrographes qui ont à faire de nombreuses comparaisons d’objectifs, mais on comprend que le travailleur qui n’a que quelques objectifs à sa disposition, comme c’est le cas habituel, n’a nul besoin de cet ingénieux appareil, et peut suffisamment apprécier l’ouverture de ses objectifs par l’examen de certaines diatomées.

En effet, les diatomées ont sur leur carapace siliceuse des dessins et des stries régulièrement espacées et qui, dans la même forme ne varient que dans de faibles limites.

Or à chaque ouverture numérique correspond, pour l’objectif, la faculté de résoudre un certain nombre de lignes ou de stries sur un espace donné.

On peut donc, avec une exactitude suffisante pour la pratique, apprécier l’ouverture d’un objectif par l’examen de certaines diatomées.

La Société royale de microscopie de Londres a publié un tableau qui indique le nombre de lignes que peut résoudre théoriquement un objectif bien construit d’une ouverture donnée.

Nous donnons ici un extrait de ce tableau pour les ouvertures numériques les plus usuelles des bons objectifs. Nous avons réduit au millimètre le nombre indiqué pour le pouce anglais (= 25,5 mm.)

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Ouverture

numérique.

Nombre maximum de lignes que l’objectif peut résoudre, par millim.

Diatomée correspondante, pour la lumière blanche et nombre moyen de stries.

Nombre correspondant des groupes des tests de Nobert.

dans la lumière blanche

dans la lumière monochromat bleue.

par la photogr.

Test à 3ogr.

Test à 19 gr.

Amphipl. en perles (5ooo à 5 100)