Chemiker Zeitung, p

M. Langeron. — Précis de Microscopie. 3

le plat de la flamine oa son tranchant. Les constructeurs anglais, par exemple Baker, fabriquent d'excellents modèles de ces lampes, munies ou non d'une lentille condensatrice (lampes Nelson ou Dallingerj.

Rappelons brièvement les principes sur lesquels est fondé Fappareil à éclairage des microscopes. Une source lumineuse, quelle qu'elle soit, envoie sur Tobjet un faisceau de rayons convergents. L'angle d'ouverture de ce faisceau dépend de la grandeur et de l'éloignement de la source lumineuse : dans le microscope la source lumineuse est en réalité le miroir plan ou concave ou l'ensemble formé par le miroir et le condensateur.

Supposons que ra}q)areil d'éclairage envoie sur l'objet des ravons émanant d'une source lumineuse d'étendue illimitée, ce qui est le cas pour la lumière du jour. L'objet est éclairé par un cône lumineux convergent vers lui et divergent vers Tobjectif. La grandeur et l'angle d'ouverture de ce cône dépendent de l'étendue réelle ou relative de la surface éclairante, lentille ou miroir, quelle que soit la forme de ce dernier, plan ou concave. La grandeur du cône dépend de la dimension du miroir et l'angle d'ouverture de sa distance à l'objet : cet angle augmente en raison inverse de la dislance, il augmente aussi par l'introduction d'une lentille entre le miroir et l'objet. La lentille agit alors comme si elle agrandissait la surface i-étlécbissante. Si on introduit un diaphragme, on diminue l'étendue du faisceau éclairant : alors Téloignementdu miroir et sa dimension n'ont plus d'action, pourvu que la surface du miroir n'ait pas une étendue inférieure à l'ouverture du diaphragme.

Si, au contraire, la source lumineuse a une étendue limitée^ comme c'est le cas pour la lumière artificielle, les choses se passent autrement. Le miroir plan se comporte par rapport au miroir concave comme si on avait diaphragmé le cône lumineux fourni par ce dernier. Le miroir concave fournit donc, dans ce cas, un cône lumineux beaucoup plus large que le miroir plan, car il reçoit plus de rayons lumineux et les réfléchit par toute sa surface, tandis que le miroir plan reçoit moins de rayons et n'éclaire l'objet que par une partie de sa surface. De son côté, le condensateur, jiour une source lumineuse ou une surface de miroir relativement petites, fournit un cône lumineux très large et pro-

porlionnel à roiiverUire et à la longueur locale du système.

Le miroir concave et le condensateur agissent donc comme s'ils donnaient à la source lumineuse une plus grande étendue, sans diminuer son intensité, ou comme s'ils la rapprochaient.

En résumé, l'appareil d'éclairage du microscope a pour but, au moyen d'une source lumineuse d'une position et d'une étendue données, d'envoyer sur l'objet un faisceau lumineux de même intensité, mais sous forme de cône à large ouverture. Il doit aussi permettre une gradation facile et étendue de l'ouverture et de la direction de ce cône.

Après avoir établi ces principes généraux de la théorie

de l'éclairage par la —T'U'Il rayons non utiles.

lumière transmise,

nous allons étudier la signilication et l'emploi de chacune des

parties de l'appareil d'éclairage.

Emploi des miroirs. — Généralement on emploie au hasard le miroir plan ou le miroir concave et le plus souvent à tort. Nous allons donc préciser dans quelles conditions il faut choisir l'un ou l'autre. Pour cela, nous devons examiner successivement l'emploi des miroirs seuls ou combinés avec le condensateur.

Fis. -27.

Valeur relative du miroir plan et du miroir concave.

— • •- rayons utiles réfléchis par le miroir plan '.

• rayons utiles réfléchis par le miroir

concave.

1. Le point d'incidence des raÏA'ons Fp et F'p' devrait se trouver sur le miroir plan. C'est par erreur que l'incidence se produit sur le miroir concave.

l*" Emploi du miroir seul, sans condensateur. — Examinons d'abord la valeur relalive du miroir plan et du miroir concave (fig. 27) ; lorsque nous connaîtrons leurs propriétés, nous pourrons en déduire leur mode d'emploi.

Soit FF' une source lumineuse, par exemple l'ouverture d'une fenêtre, PP' un miroir plan, ce' un miroir concave et 0 l'objet à éclairer. Le rayon central fmO sera réfléchi de la même manière par les deux miroirs, mais il y a de grandes diiïérences pour les autres rayons. Les rayons envoyés par les bords de la source lumineuse et réfléchis par le miroir plan ne peuvent éclairer l'objet que s'ils proviennent de points de ce miroir situés entre p et/)'. Ainsi le rayon Fa; sera réfléchi dans la direction xa, le rayon F'j, dans la direction yb. La source lumineuse FF' fournit donc, par réflexion sur le miroir plan PP', un cône lumineux dont l'angle d'ouverture est pOp'.

Le miroir concave ce' fournira, avec la même source lumineuse, un cône beaucoup plus large dont l'angle d'ouverture sera cOc'. En efl'et, les rayons qui partent des points F et F' sont réfléchis sur l'objet, suivant les directions eO et c'O.

Donc, pour une source lumineuse de même étendue et placée à la même distance, le miroir concave fournit un cône lumineux plus large, et utilise une bien plus grande partie de la surface de cette source. Il peut donc envoyer plus de lumière à Tobjet. Pour que le miroir plan puisse fournir une égale quantité de lumière, il faudrait que la source lumineuse soit représentée par la ligne FJ^^. L'avantage du miroir concave est donc de fonctionner vis-à-vis du miroir plan comme une source lumineuse plus étendue.

Une première règle découle de ces faits : le miroir plan donne des cônes lumineux, étroits, plus favorables à Temploi des objectifs faibles; les cônes plus larges, fournis par le miroir concave, conviennent mieux aux objectifs forts, qui demandent un faisceau éclairant à grande ouverture.

Influence du diaphragme sur le miroir. ~ Le diaphragme interposé entre le miroir et l'objet (diaphragme à disque, à tiroir, à cylindre, diaphragme-iris en coupole) permet de rétrécir le cône lumineux fourni par le miroir. Un diaphragme d'ouverture donnée laissera passer un cône d'autant plus étroit qu'il sera placé plus loin de l'objet. On pourra donc régler l'éclairage, avec le diaphragme à cylindre ou le diaphragme-iris à coupole, non seulement en changeant le diamètre de l'ouverture, mais encore en la déplaçant verticalement : on voit donc l'importance de ce mouvement vertical.

APPAREIL d'Éclairage 37

L'expérience montre que l'usage des diaphragmes est fort utile pour donner plus de netteté aux images. Nous en comprendrons plus loin la raison, quand nous expliquerons (p. 71) le rôle de la région de l'objectif dite espace obscur. C'est en effet, dans cette région, que se trouvent les faisceaux de diffraction produits par les fins détails de structure des objets et qui ont une si grande importance dans la formation de l'image. Bien que celte image soit d'autant plus parfaite que Tangle d'ouverture de l'objectif est plus grand, on comprend que, pour ménager l'espace obscur, il est souvent nécessaire de diminuer, par lusage des diaphragmes, l'angle d'ouverture du faisceau éclairant et de le rendre bien inférieur à ce qu'il devrait être pour remplir tout l'angle d'ouverture de l'objectif.

Influence du miroir sur le cône d'éclairage. — Lorsqu'on n'emploie pas de diaphragme et que la source lumineuse est d'étendue illimitée, l'ouverture du faisceau éclairant dépend de la dimension du miroir. Dans ce cas, le miroir plan se comporte exactement comme le miroir concave; il n'y a de différence que pour une source lumineuse d'étendue limitée, comme nous le verrons plus loin.

Les dimensions du miroir ne peuvent, pratiquement, dépasser certaines limites. On peut bien augmenter l'angle d'ouverture du faisceau en rapprochant le miroir de l'objet; mais alors la platine du microscope empêche l'arrivée des rayons lumineux sur le miroir, si elle en est trop rapprochée. En outre, les rayons sont réfractés par le porte-objet; ceux dont l'inclinaison dépasserait le double de l'angle limite (voir p. 48) pour l'air et le verre,, subiraient infailliblement la rétlexion totale (voir p. 48) ; or cet angle est de 4io. Ceci nous donne la limite de la puissance des miroirs. Pour obtenir des cônes lumineux plus larges, il est nécessaire d'avoir recours aux condensateurs.

Emploi de la lumière artificielle. — Lorsqu'on se sert de la lumière arlificielle, ou en général d'une source lumineuse d'étendue hmitée, il ressort de ce que nous avons dit plus haut que le miroir concave donne toujours un faisceau de plus grande ouverture. C'est donc surtout dans ce cas que s'applique la règle que nous avons formulée : prendre le miroir plan pour des objectifs faibles et le miroir concave pour les objectifs forts. Mais, outre la largeur du faisceau lumineux, il est une autre condition de l'éclairage qui a surtout une grande importance avec les objec-

lifs faibles, c'est la réalisalion d'un champ iiiiirormëment éclairé sur toute son étendue, permettant de voir toute la partie de Tobjet comprise dans ce champ.

Uniformité d'éclairage du champ. — Pour une source lumineuse d'étendue illimitée, cette uniformité dépend uniquemeut, comme nous l'avons vu, de la dimension du miroir et de la distance qui le sépare de l'objet. Peu importe dans ce cas qu'il soit plan ou concave.

Au contraire, pour une source lumineuse d'étendue limitée, le miroir plan donne un champ éclairé plus vaste que celui foui'ui par le miroir concave. Ce dernier projette à peu près dans le plan de l'objet une image réelle de la source lumineuse, qui se confond avec l'image de l'objet et qui est très gênante. D'ailleurs, cet inconvénient est encore plus sensible avec le condensateur qui fournit une image très petite de la source lumineuse dans le plan de l'objet.

Donc, jjour avoir un chanq^ uniformément éclairé avec les objectifs très faibles, il faut employer le miroir plan seul, sa7is condensateur.

2"" Emploi du condensateur. — Nous avons vu plus haut que le miroir seul, même lorsqu'il est concave, ne peut pas fournir des cônes lumineux, ayant une ouverture supérieure à 82°. Or, cet éclairage est insuffisant avec les objectifs de grande ouverture numérique (voir p. 49). On est alors obligé d'avoir recours aux condensateurs. Nous savons que ces appareils ont une forte ouvertui'e numérique. L'objet est ]dacé au voisinage et un peu au-dessous de leur foyer supérieur. Dans ces i*onditions, les rayons que le condensateur reçoit du miroir sont à peu près parallèles; il n'est donc pas nécessaire que ce dernier ait une grande surface.

Pour uLiliser complètement la grande ouverture numériciue des condensateurs (1.20 et même 1.40), il faut interposer une goutte d'huile de cèdre à immersion enlre la lentille supérieure et le porte-objet, de façon à empêcher une partie des rayons lumineux de subir la réflexion totale, au moment de leur passage du verre dans l'air. Cette précaution est, d'ailleurs, rarement indispensable et ne saurait avoir d'importance que pour les objectifs à immersion. En effet, les objectifs à sec ne peuvent admettre, même dans les circonstances les plus favorables, qu'un cône lumineux ayant une ouverture égale au plus au double de l'angle limite pour le verre et l'air; or le condensateur fournit facilement un cône de cette ouverture sans interposition d'huile de cèdre. Ajoutons que l'immersion du condensateur n'est réellement. efficace que lorsque l'instrument a été spécialement calculé dans ce but.

Pour rétrécir le large cône lumineux fourni par le condensaleur, on emploie le diaphragme-iris dont nous avons donné la description. Ce diaphragme est placé en dedans du loyer inférieur du condensateur.

L'emploi du condensateur est absolument indis[iensable avec les objectifs à sec puissants et avec les objectifs à immersion, qui exigent un cône éclairant très large, dont l'ouverture puisse atteindre 120°. Avec ces objectifs, le foyer du condensateur doit se trouver dans le plan de l'objet ou un peu au-dessus pour que Tappareil donne son maximum d'effet. Le mouvement vertical servira à assurer la mise au point du condensateur : en effet, lorsque la source lumineuse est éloignée, le cône projeté est large et court, tandis qu'il est plus étroit et plus allongé lorsque la source lumineuse est rapprochée (lumière artificielle). Cette mise au point du condensateur assurera donc la pénétration, dans Tobjectif, d'un cône lumineux aussi large que possible.

Certains observateurs conseillent de limiter l'emploi du condensateur aux objectifs à immersion et aux systèmes à sec très puissants. Tel n'est pas notre avis. Nous pensons qu'il y a grand avantage à employer le condensateur, même avec les objectifs faibles, jusqu'à 25 millimètres environ de distance focale, c'està-dire jusqu'aux objectifs n" 2 inclusivement. Pour une distance focale plus grande, on ne peut obtenir un champ uniformément éclairé, même en abaissant le condensateur au maximum. Dans ce cas, on emploiera le miroir plan seul. Pour les objectifs à foyer inférieur à 25 millimètres, on abaissera le condensateur, de manière à ce que l'image de la source lumineuse ou des barreaux de la fenêtre ne gène pas la perception de l'image microscopique. Dès que ce résultat est atteint, on arrête le mouvement du condensateur et on se sert du diaphragme-iris pour régler l'éclairage, en diminuant l'ouverture du cône lumineux. Pour les observations qui réclament de fréquents changements d'objectifs, ce procédé est bien plus pratique que celui qui consiste à écarter à chaque instant le condensateur de l'axe du microscope, puis à régler de nouveau Téclairage avec le miroir et le diaphragme de la platine. 11 suffit, en changeant l'objectif, de modifier légèrement la position verticale du condensateur et l'ouverture de l'iris. Avec un peu d'habitude, ces mouvements sont exécutés presque automatiquement. En outre, en enlevant le condensateur, on se priverait du diaphragme-iris qui permet de régler très commodément léclai-

rage : le diaphragme-iris à coupole, installé sous la plaline, ne donne jamais un réglage aussi précis et des images aussi bien définies. Gomme la grande majorité des observations courantes se font à des grossissements variant de 25 à 800 diamètres, on pourra, dans ces limites, ne jamais supprimer le condensateur : nous recommandons vivement cette manière de procéder, comme économisant beaucoup de temps et donnant d'excellentes images avec le minimum de fatigue oculaire.

Quel miroir faul-il employer avec le condensateur ? DdLiis les conditions ordinaires, c'est-à-dire avec la lumière du jour ou avec une lumière artificielle suffisamment éloignée, c'est le miroir plan qui permet d'obtenir les cônes lumineux les plus ouverts, c'est donc lui qu'il faudra presque toujours employer. Le miroir concave conviendra pour les cas où la source lumineuse est très rapprochée : en effet, dans ces conditions, le miroir concave peut éclairer tout l'angle d'ouverture du condensateur avec une source lumineuse bien moins étendue que celle qu'exigerait le miroir plan. Au contraire, pour une source lumineuse éloignée, le miroir concave exige une surface éclairante plus étendue que le miroir plan, pour illuminer tout l'angle d'ouverture du condensateur.

Influence de la largeur du cône d'éclairage sur l'image microscopique. —Nous nous sommes efforcés jusqu'ici d'obtenir les cônes lumineux les plus larges possibles dans toutes les conditions d'éclairage qui peuvent se présenter. Il nous reste à voir comment on doit utiliser ces larges faisceaux et dans quelles conditions on doit les réduire au moyen du diaphragme. En effet la largeur du cône d'éclairage exerce une grande influence sur la qualité de l'image microscopique. Plus ce cône est étroit, plus l'image a des contours nets : au contraire, l'image produite par un cône à grande ouverture résulte de la superposition d'un grand nombre d'images, formées par des rayons dont l'inclinaison varie par rapport à l'axe. Les images fournies par ces derniers ne sont pas identiques et l'image totale formée par la superposition de ces images élémentaires n'a pas des contours absolument nets.

L'expérience est facile à faire en éclairant un objet non coloré avec un cône lumineux très large : on verra alors que le champ n'est pas net et même, dans certains cas, l'image microscopique pourra disparaître entièrement. 11 n'en sera pas de même pour une préparation colorée, car alors les éléments ne se distinguent pas uniquement par la différence de leurs indices de réfraction, mais en outre par leur plus ou

APPAREIL d'Éclairage 41

moins grande faculté d'absorption pour les rayons lumineux. Si on se sert d'un objectif parfaitement corrigé pour la totalité de son ouverture, on peut éclairer la préparation avec un cône lumineux très large sans que l'image disparaisse. Au contraire, ce sont les parties non colorées et non absorbantes dont l'image disparaîtra, ce qui constitue un avantage, par exemple pour la recherche des Bactéries colorées au milieu d'éléments ou de tissus non colorés.

Par contre, l'étroitesse du cône éclairant augmente le pouvoir pénétrant de l'objectif et la planéilé du champ. On sait, en effet, que la plupart des objectifs microscopiques donnent un champ qui paraît plus ou moins courbe : il en résulte que l'image ne peut èlre mise au point en même temps au centre et sur les bords. Plus le cône d'éclairage est large, plus la zone centrale de netteté est étroite. Cet inconvénient est surtout sensible pour la microphotographie : dans l'observation oculaire, le mouvement constant de la vis micrométrique supplée largement à ce défaut.

On peut admettre, comme règle générale, que l'éclairage le plus favorable est fourni par un cône lumineux, dont l'ouverture est égale au tiers de celle de l'objectif et qui, par conséquent, n'éclaire que le tiers de l'ouverture de cet objectif. On peut s'en assurer en enlevant l'oculaire et en regardant dans le tube du microscope : on peut aussi laisser l'oculaire en place et se servir d'une loupe pour contrôler la largeur du cône d'éclairage.

En pratique, il faut, pour toutes les préparations, faire varier la largeur du cône éclairant en manœuvrant le diaphragme-iris. Cette manœuvre, très facile, et qu'on arrive en peu de temps à exécuter instinctivement, permet de trouve)- pour chaque objet l'éclairage le plus favorable et qui fournit la meilleure définition. En général, avec les objectifs à sec, on ouvre peu le diaphragme, surtout avec les forts grossissements dont l'ouverture numérique est moindre. Au contraire, avec les objectifs à immersion, et surtout lorsqu'on examine des préparations intensément colorées, on peut l'ouvrir entièrement et utiUser la totalité du cône lumineux.

En général, les préparations colorées peuvent être examinées avec un cône lumineux très ouvert, pourvu toutefois que l'objectif puisse fournir une image nette dans ces conditions. Dans ce cas, les contours qui apparaissent grâce à la différence de réfringence sont moins marqués et les colorations ressortent mieux. Au contraire, s'il s'agit d'objets non colorés, c'est la différence de réfringence seule qui permet de distinguer les contours et d'apercevoir les détails de structure : il faut alors employer des cônes lumineux plus étroits. Pourtant, il ne faut pas descendre au-dessous d'une certaine limite. Nous verrons en effet, en étudiant les propriétés des objectifs (p. 75), qu'on peut arriver, au moyen de cônes lumi-

neux (le grande ouverture, à augmenter dans certains cas la puissance de résolution des objectifs et à distinguer de fins détails de structure qui restent invisibles lorsqu'ils sont éclairés par un faisceau de faible ouverture.