CLASSIFICATION DES OBJECTIFS

Il y a trois catégories d'objectifs microscopiques : les objectifs achromaliques, les objectifs apochromatiques et les objectifs monochromatiques. Dans chacune de ces catégories, on distingue encore deux groupes : lesobjeclifs à sec et les objectifs à immersion.

r Objectifs achromatiques et apochromatiques.— Comme nous l'avons déjà dit plus haut (p. 57), ces deux catégories d'objectifs ne diffèrent que par une correction plus ou moins parfaite des aberrations de sphéricité et de réfrangibilité. Nous savons que cette correction est obtenue au moyen de lentilles composées, formées de verres spéciaux, possédant des pouvoirs réfringent et dispersif appropriés. On arrive ainsi à diminuer dans une large mesure les aberrations des systèmes de lentilles.

Malheureusement, ces deux ordres de correction ont une tendance à s'annuler réciproquement. Aussi est-on obligé de sacrifier un peu l'aberration de sphéricité dont les inconvénients sont moins grands : si le champ est un peu trop courbe, on peut toujours y remédier par l'emploi de la vis microméirique. Au contraire, l'aberration chromatique nuit beaucoup au pouvoir définissant, par la zone

irisée ou spectre secondaire dont elle entoure les images. C'est donc elle surtout qu'on s'attache à corriger.

Dans les objectifs achromatu/ues^ la correction du spectre secondaire est réalisée en réunissant en un même point deux rayons de couleur différente, choisis autant que possible dans la partie du spectre qui renferme le plus de rayons lumineux, c'est-à-dire entre les raies D (jaune) et F (vert-bleu). De plus cette correction s'étend difficilement à toute la surface de la lentille; elle n'est généralement réalisée que pour une seule zone de l'objectif. L'aberration de sphéricité n'est corrigée que pour une seule couleur. L'emploi des verres nouveaux (phospho et borosilicales) permet pourtant de fabriquer ces objectifs dans des conditions de perfection qui les rendent pratiquement égaux aux apochromatiques. Certains constructeurs y font entrer des lentilles en fluorine qui en augmentent encore les qualités d'achromatisme.

Dans les objectifs apochromatiques , on arrive à faire converger, en un même point de Taxe, trois rayons de couleurs dilïérenles et cette correction de l'aberration chromatique est uniforme pour toutes les zones de l'objectif. Ces systèmes réalisent donc un achromatisme d'ordre supérieur. En outre, l'aberration de sphéricité est corrigée pour deux rayons de couleur différente. Les nouveaux verres à base d'acide borique ou pliosphorique ne suffisent pas pour obtenir des corrections aussi parfaites. lia fallu pour cela employer des lentilles de fluorine (fluorure de calcium, spath-fluor). Ce minéral présente les avantages suivants : 1° une grande transparence; 2^ un indice de réfraction très faible (1,4339); 3" une dispersion relative très faible (représentée par 97, alors que les verres utilisés en optique n'ont pas moins de 66,5 à 67) ^ Il remplace donc avantageusement l'ancien crown-glass. En combinaison avec le flint ordinaire, il produit une déviation secondaire exactement opposée à celle du spectre secondaire ordinaire. Dans ces conditions, une lentille formée de fluorine et de flint pourra corriger complètement le spectre secondaire d'un système ordinaire de lentilles. De plus, en associant la fluorine avec un flint très peu réfringent, on obtient une combinaison qui corrige très bien l'aberration de sphéricité. Enfin la nature du pouvoir dispersif de la fluorine permet de l'associer à des flints d'une dispersion exactement proportionnelle.

1. Voir pour ces chiffres Behrens, Tabellen zum Gebrauch bei mik7^oskopischen Arbeiteîi, 4^ édit.. 1908, cf. tab. 42 et 43. p. 50 et 51.

C'est ainsi qu'on arrive à supprimer le spectre secondaire : il ne subsiste plus qu'un spectre tertiaire très petit et cFun éclat très faible, qui ne nuit en rien à la netteté des images.

Il résuite de cet achromatisme supérieur que ces objectifs fournissent des images à peu près également nettes pour tous les rayons du spectre : comme toutes ces images ont pratiquement à peu près le même foyer, elles se superposent exactement et donnent ainsi une image générale d'un éclat particulier. Les couleurs naturelles des objets sont rendues très exactement et l'image est à peu près aussi nette sur les bords qu'au milieu du champ. En outre, la correction plus parfaite des deux aberrations permet d'utiliser plus complètement l'ouverture de l'objectif, puisque la correction est faite pour toute l'étendue du champ : il en résulte une augmentation du pouvoir résolvant. Ace point de vue, lesapochromals se comportent comme si leur ouverture numérique était augmentée. Enfin, l'image fournie par ces objectifs supporte un grossissement par l'oculaire bien plus considérable que pour les objectifs achromatiques.

Les apocliromats présentent pourtant quelques inconvénients. Par suite de leur forte ouverture numérique et de leur grande distance focale, le champ est toujours un peu courbe, surtout dans les objectifs puissants. Il ne faut donc pas s'attendre, avec ces derniers, à avoir une netteté absolue sur toute l'étendue du champ. Ce défaut est facilement compensé par l'emploi de la vis micrométrique; il a d'ailleurs peu d'importance, car on n'emploie guère ces objectifs pour avoir des vues d'ensemble. On les réserve pour l'étude des détails difficiles à résoudre et, dans ce cas, on n'étudie jamais à la fois qu'un champ très limité.

En outre ces objectifs présentent deux défauts qui ne peuvent être corrigés simultanément. D'abord il subsiste toujours une aberration de sphéricité pour des longueurs d'onde autres que les longueurs moyennes : c'est ce qu'Abbe a nommé différence chromatique de raberration de sphéricité. Puis, malgré la coïncidence presque parfaite des rayons de différentes couleurs, il y a toujours des écarts entre les distances focales de ces couleurs. Pour atténuer le premier défaut, il faut corriger les lentilles supérieures et, pour effacer le second, il faut modifier les lentilles inférieures. On choisit la première alternative et on conserve une lentille frontale non achromatique, de manière à ne pas diminuer l'ouverture du système. Il en résulte que les images bleues sont un peu plus grandes que les images rouges : par conséquent les

bords du champ seront un peu colorés et les objets opaques paraîtront, dans cette zone, entourés d'un liséré bleu en dedans et jaune rougeàtre en dehors. Pour obvier à cet inconvénient et compenser ce reste d'aberration chromatique, on se sert d'oculaires particuliers, dits compensateurs (p. 95), qui possèdent une aberration chromatique exactement opposée, c'est-à-dire qui grossissent un peu plus l'image rouge que l'image bleue. C'est ainsi qu'on arrive à obtenir un achromatisme aussi parfait que possible.

Malheureusement ces objectifs sont d'un prix très élevé, nous dirons même excessif, par suite des difficultés de leur construction et de la rareté de la tluorine utilisable pour l'optique. Il importe en outre de faire remarquer que, malgré la correction du spectre secondaire et la beauté des images, ces objectifs ne possèdent pas un pouvoir résolvant supérieur à celui des bons objectifs achromatiques. Lorsque ces derniers sont bien construits, ils suffisent parfaitement pour tous les travaux courants. iMème pour la microphotographie, où on emploie presque toujours un éclairage monochromalique, les objectifs achromatiques donnent des résultats en tout comparables à ceux qu'on obtient avec les apochromats; la courbure du champ est même, à ce point de vue, un inconvénient des numéros forts de ces derniers.

Nous conseillerons donc toujours l'emploi des bons objectifs achromatiques comme parfaitement suffisant, sauf dans des cas très spéciaux *.

Les objectifs monochromatiques, calculés par Rohr et Ivôhler, et fabriqués par Zeiss, sont uniquement destinés à la photographie en lumière ultra-violette, avec des rayons de longueur d'onde de 2750 A (0 p., 275). Nous avons déjà indiqué (p. 72) l'emploi des rayons de faible longueur d'onde comme un moyen de reculer les limites du pouvoir résolvant des objectifs. Les monochromats de Zeiss possèdent une ouverture numérique maxima de 1,25, mais, grâce à l'emploi des rayons ultra-violets, le plus puissant de ces systèmes possède un pouvoir résolvant égal à celui d'un objectif ordinaire dont l'ouverture numérique serait de 2,5, chilîre qu'il est impossible d'obtenir actuellement. Ces objectifs sont dits monochromatiques, parce qu'ils sont corrigés pour des rayons d'une seule longueur d'onde. Ils réalisent pour ces rayons un aplanétisme au moins égal à celui des apochromatiques.

Ces objectifs sont d'un prix excessivement élevé (le plus fort système à immersion vaut 750 francs). Les lentilles sont en quartz fondu -, seule substance qui soit perméable aux rayons ultra-violets. Les ocu-

1. Se méfier des objectifs dits semi-apochromatiques ou panachromatiques annoncés dans certains catalogues. Ces dénominations, qui n'ont rien de scientifique, ont un caractère de réclame contre lequel il est bon d'être mis en garde.

'2. On ne peut employer le quartz naturel à cause de sa biréfringence ; il est

laires, les lentilles du condensateur, les lamelles et les lames doivent être aussi en quartz. Le Ii(iuide d'immersion doit être un mélange de glycérine et d'eau, possédant un indice de réfraction particulier.

Les rayons ultra-violets sont obtenus en décomposant, par des prismes de quartz, la lumière fournie par une forte étincelle électricjue jaillissant entre des électrodes de cadmium ou de magnésium. Les rayons de longueur d'onde convenable sont réunis par un collecteur et envoyés dans le condensateur, par l'intermédiaire d'un prisme à réflexion totale.

La mise au point se fait au moyen d'un chercheur, forte loupe qui permet d'examiner l'image rendue visible par un écran fluorescent.

L'avantage de la photographie en lumière ultra-violette est de doubler le pouvoir résolvant des objectifs et de révéler, sur des préparations non colorées, des difl'érences de transparence correspondant à de très fins détails de structure, et dues à l'absorption inégale des dilîérents éléments histologiques pour les rayons ultra-violets. Il en résulte que ces préparations non colorés, fraîches ou fixées, se comportent exactement comme le font, en lumière blanche, les préparations colorées.

2° Objectifs à sec et objectifs à immersion. — Les objectifs à sec el les objectifs à immersion dilïèrent par la nature du milieu interposé entre la lenlille frontale de Tobjectif et la lamelle couvreobjet. Dans les objectifs à sec ce milieu est Tair, dont l'indice de réfraction (n = l) est très dilïèrent de Tindice moyen du verre (n = l,5). Au contraire, dans les objectifs dits à immersion, le milieu qui sépare la lentille frontale du couvre-objet est un liquide dont l'indice de réfraction est aussi voisin que possible de celui du verre. Ce liquide peut être de l'eau distillée (n= 1,33) ou mieux de l'huile de cèdre, dont l'indice de réfraction (n=::: 1,515) est presque identique à celui du verre.

Dans le cas des objectifs à sec, tous les rayons dont l'inclinaison par rapport à l'axe dépasse une certaine valeur subissent la réflexion totale au moment de leur passage de la lamelle dans l'air. Nous avons étudié plus haut (p. 48) la réflexion totale et l'angle limite qui la détermine : nous avons vu que la valeur de cet angle s'oppose à ce que l'angle d'ouverture de l'objectif dépasse une certaine valeur (82°). L'interposition d'eau distillée entre la lentille frontale et la lamelle permet de doubler la valeur de l'angle limite et de porter l'angle d'ouverture à 12^°. Les résultats sont encore meilleurs lorsque le liquide d'immersion a le même indice de réfraction que le verre. Dans ce cas, la réflexion totale el la réfraction sont entièrement supprimées ; tous les rayons pénè-

nécessaire de le rentre amorphe par la fusion (procédé de Herschkowitsch, Zeitschr. fur phys. C/teHue. XLVI. 1903).

treiit dansTobjeclif, el Tangle crouverture n'a d'autres limites que celles qui sont imposées par les dilTicultes de la construction. L'avantage des objectifs à immersion est donc de diminuer ou d'éviter la réfraction des rayons lumineux par Tair entre la lamelle et l'objectif: j)ar suite, la luminosité de l'image est considérablement augmentée, tandis (|ue, dans les objectifs à sec, elle diminue en proportion du carré du grossissement. En outre, l'admission des rayons marginaux permet d'utiliser des cônes lumineux beaucoup plus étendus et de faire pénétrer dans l'objectif les rayons obliques, dont Timporlance est si grande pour la production des images de diffraction (p. 65). L'emploi de Timmersion augmente donc l'angle d'ouverture de l'objectif et permet ainsi une meilleure résolution, par suite de l'admission d'un plus grand nombre de rayons dilïractés. Enfin, nous avons vu (p. 73) que le passage des rayons lumineux à travers un milieu très réfringent diminuait leur longueur d'onde et favorisait ainsi la résolution.

Voici, d'après Francotte ', un moyen très simple de démontrer la supériorité des objectifs à immersion sur les objectifs à sec. On prend une préparation dans laquelle se trouvent deux groupes de Diatomées : les unes sont montées à sec, dans l'air, simplement entre lame et lamelle; les autres sont montées dans le baume. On peut ainsi passer facilement d'un groupe à Tautre. Examinons-les avec un objectif à immersion: il est clair que, pour le premier groupe, l'objectif à immersion fonctionnera comme un objectif à sec, puisque dans ce cas, grâce à la présence de Tair entre la lame et la lamelle, cette dernière fonctionnera en réalité, comme si elle était la face inférieure de la lentille frontale. En passant d'un groupe à l'autre, nous transformerons donc notre objectif à immersion en ol)jeclif à sec et récipro(iuement. Enlevons Toculnire, après avoir mis au point, et examinons la pupille d'émergence, nous verrons, pour les Diatomées montées au baume, un cercle lumineux large et brillant. Faissons glisser la préparalion et amenons dans le champ les Diatomées montées dans l'air, immédiatement la pupille d'émergence se rétrécit et devient un petit cercle entouré d'une couronne obscure. Voilà donc le même objectif qui reçoit beaucoup plus de rayons quand il est employé avec immersion.

La figure 51 rend parfaitement compte de la marcbe des rayons lumineux dans l'air et dans l'huile de cèdre, au sortir de la lamelle. Elle représente une coupe verticale à travers la lentille frontale d'un objectif à immersion homogène et d'un objectif à sec de même puissance. On a figuré deux demi-lentilles pour réunir