Objectif microscopique à réflecteur. La présente invention est due à MM. Char les Spierer et Marcel Locquin. L'un des auteurs de l'invention a déjà décrit, dans le brevet suisse N <B>119265,</B> du 6 mai 1926, des objectifs microscopiques présentant un réflec teur central.
Il est dit, dans ce brevet, qu' on peut constituer la surface réfléchissante d'une Bouche très mince de métal, de platine par exemple, déposée chimiquement ou par galva noplastie et telle qu'elle rie réfléchisse qu'une partie de la lumière incidente en en laissant passer une autre partie qui contribuera à la formation de l'image; on réalise ainsi un éclairage mixte, sur fond gris, qui peut pré senter de l'intérêt dans certains cas.
Dans le brevet allemand N 636168, dé posé le 26 novembre 1932, au nom de la Mai son Carl Zeiss, à Jéna, on prévoit éâalement l'emploi d'une couche réfléchissante semi- transparente, interposée sur le trajet des rayons lumineux traversant -Lui objectif mi- croseopique, mais n'occupant qu'une partie de la section de passage de ces rayons. Il est expliqué dans ce brevet que le but de cette disposition est d'obtenir des interférences de phase.
L'un des auteurs de la présente invention a déjà décrit une disposition clé ce genre dans une publication antérieure à ce brevet alle mand (Charles Spierer: Emploi de l'ultra microscope à éclairage bilatéral pour l'exa men sur fond clair , Archives des Sciences Physiques et Naturelles, 5me période, vol. 9, mars--avril 1927). Dans tous ces exemples, il s'agit de couches réfléchissantes semi-transparentes, d'épaisseur constante.
La théorie des interférences de phase a été établie par Zernike et se trouve exposée dans une communication faite par 'mil Ganz ( Das Pliasenkontrast-Verfahren na.ch Zer nike zur Untersuchung ungefârbter mikro- skopischer Prâparate ), le 2 septembre 1914 devant la Section de Botanique de la Société Helvétique des Sciences Naturelles (Actes de cette société, volume LXXXIX, 19-1-1-\,
ainsi que dans un article intitulé: Phase mi- croscopy -et publié par A. H. Bennett, Helen Jupnik, Harol.d Osterberg et Oscar W. Ri chards, dans les Transactions of the Ameri- ,can Microscopical Society , vol. LXV, N 2, avril 1946.
La. présente invention représente un dé veloppement des idées antérieurement émises par l'auteur et un perfectionnement des dis positions actuellement connues et utilisant l'interférence de phase pour la microscopie.
La présente invention a pour objet. un objectif microscopique à. réflecteur, dans le quel ce réflecteur comprend au moins une partie en matière serui-transparente (métalli que ou en matière diélectrique) dont l'opa cité, c'est-à-dire l'épaisseur ou la densité, va rie de l'axe optique vers sa périphérie (soit. en décroissant, soit en croissant, l'épaisseur ou la densité pouvant éventuellement être constante dans certaines régions). Le dessin annexé représente, à titre d'exemple et de façon très schématique, qua tre formes d'exécution de l'objectif selon l'in vention.
Les fi'. 1 à 4 montrent respectivement une coupe axiale d'une partie de chacune de ces formes d'exécution.
Dans le cas de la fig. 1., on a représenté en 1 la. lentille frontale d'un objectif à immer sion, dont l'axe optique est représenté en. . Sur cette lentille, il est prévit un réflecteur central constitué par une pellicule réfléchis sante 3 en matière semi-transparente, qui va en diminuant d'épaisseur - respectivement. de densité - à partir de l'axe optique.
Cette pellicule ne s'étend que sur la partie centrale de la lentille et forme un ménisque extrême ment mince - respectivement une couche dont la densité décroît. progressivement vers le bord, plus transparent à la périphérie due dans la partie centrale. 4 et 5 sont les rayons extrêmes du cône lumineux passant à travers la pellicule 3 après avoir éclairé l'objet G. L'ouverture du faisceau éclairant est réglée de manière qu'il soit intercepté par le réflec teur que constitue la pellicule 3, qui laisse passer une partie (le la lumière grâce à. sa transparence, et renvoie une autre partie sur l'objet.
Les ra@-ons diffractés, diffusés ou ré fléchis par l'objet, et. qui passent. autour du réflecteur 3, ne subissent aucune perte d'in tensité par absorption. Ils contiibu,-ut à la formation de l'ima'e avec les rayons directs qui traversent. le réflecteur.
Ces derniers su bissent une certaine perte d'intensité au ni- ,%7eau du réflecteur, .soit. par absorption, soit par réflexion, soit. par diffusion. Ils subissent aussi à ce niveau un décalage de phase, du fait que l'épaisseur de la couche semi-trans- parent:e du réflecteur varie entre deux limites qui_sont des fractions plus ou moins grandes de @la longueur .d'onde de la. lumière.
On obtient. dans ces conditions une image lumi neuse de l'objet, sur un fond assez sombre, et cette image est particulièrement riche en dé tails, car elle bénéficie du contraste d'ampli tude (fond noir central) et du contraste de phase (selon Zernihe). Du fait que le réflecteur, au lieu d'être uniformément, épais ou dense, comme dans les anciens objectifs, varie d'épaisseur out de den sité du centre vers la périphérie, on peut lui donner des dimensions sensiblement plus grandes que précédemment sans nuire à la qualité .des images qui, au contraire, sont con sidérablement.
améliorées, vu qu'on emploie un éclairage d'ouverture plus grande, tout aussi grande qu'en microscopie normale sur fond clair, en conservant le fond obscur.
Grâce à l'éclairage de grande ouverture, on supprime .les franges d'interférence qui apparaissent. généralement avec un éclairage d'ouverture trop petite (lumière cohérente) et qui sont. souvent gênantes. D'autre part, le cône de lumière qui éclaire l'objet de bas en haut étant plus important, celui qui est ren voyé sur l'objet en sens inverse est également plus intense, ce qui enrichit encore l'image grâce aux rayons réfléchis par les structures de l'objet.
L'éclairage de grande ouverture, rendu possible par ce dispositif, permet d'exé cuter une bonne partie des travaux de micros copie en fond noir en utilisant la simple lu mière du. jour, qui -est moins fatigante pour les yeux que la lumière artificielle. Enfin, grâce aux dimensions plus grandes du réflec teur, on peut. employer un faisceau d'éclairage oblique, sans perdre les avantages du fond noir.
Le décala=ge de phase que les rayons dif fractés subissent au niveau de l'objet, dans le cas d'un réseau de phase. est. plus ou moins important. suivant l'épaisseur et la nature de l'objet. En conséquence, pour décaler les rayons éclairants d'une valeur compensatrice telle que le contraste de phase puisse se pro duire pour un objet donné, il fallait jusqu'à présent essayer successivement une série de plaquettes de phase d'épaisseurs différentes pour trouver celle dont. l'épaisseur produi sait l'effet désiré.
Avec le dispositif selon l'invention, cette complication pourra être évitée. En effet, chaque point matériel de l'objet. étant tra versé par de nombreux rayons éclairants qui frappent des zones d'épaisseurs ou (le den- sités différentes dans la couche semi-réflé- chissante, respectivement dans la couche di électrique, le décalage compensateur se pro duira dans celle de ces zones dont l'épaisseur ou la densité est adéquate.
On pourra d'ailleurs choisir une zone dé terminée pour le passage des rayons directs en plagiant dans la bague porte-diaphragme du condensateur (le diaphragme étant com plètement ouvert) un petit disque opaque, en métal par exemple, muni d'une fente circu laire de diamètre correspondant à l'éclaire ment de cette zone. Le cylindre creux de lumière qui traversera cette fente sera con centré par le condensateur et les lentilles de l'objectif sur le réflecteur, où il formera un mince anneau lumineux correspondant au passage des rayons éclairants par une zone délimitée.
On pourra donc, avec une série de pareils écrans, dont les fentes circulaires auront des diamètres plus ou moins petits, choisir une zone déterminée du réflecteur pour le passage de la lumière éclairante.
La pellicule 3 peut être métallique ou di électrique (par exemple en cellulose régénérée transparente ou en gomme laque). Au lieu d'être simple, comme dans l'exemple qui vient d'être décrit, elle peut être également double, comme dans le cas de la fig. 2. Dans le cas de cette figure, le réflecteur est formé d'une pellicule 7 en matière diélectrique, à laquelle est superposée une pellicule métallique 3cc. Ces deux pellicules vont en diminuant d'épaisseur de l'axe optique vers leur périphé rie. Bien entendu, sur cette figure, comme d'ailleurs dans toutes les autres du dessin annexé, l'épaisseur des pellicules est très for tement exagérée pour faciliter la compréhen sion.
D'ailleurs, dans toutes ces figures, la va riation d'épaisseur peut être considérée comme la représentation graphique d'une variation de densité.
Le but visé par l'emploi de ces deux pelli cules superposées est d'intensifier l'effet Zer nike de compensation de phase.
Dans le cas où la forme de ce double mé nisque 7, 3a nuirait au fonctionnement nor- mal de la lentille 1, on pourrait corriger ce défaut en modifiant la courbure de la lentille.
Dans la forme d'exécution selon la fig. 3, la pellicule réfléchissante semi-transparente 3b varie également d'épaisseur ou de densité, mais dans ce cas, cette épaisseur ou densité va en croissant de l'axe optique à la p6riphé- rie. Cette .disposition implique, contrairement aux deux formes d'exécution précédentes, l'obligation d'utiliser l'éclairage de l'objet 6 par un. cône creux de lumière, afin d'obtenir le fond obscur et de ne soumettre que les rayons directs à un décalage de phase sensible.
Dans une variante de la fig. 3, on pour rait également prévoir, pour constituer le ré flecteur, la superposition de deux pellicules de nature différente, l'une métallique, l'autre diélectrique.
Dans le cas de la fig. 4, l'objectif com porte une lame transparente plane 8, située dans un plan perpendiculaire à l'axe optique 2 et traversée par cet axe, et c'est sur cette lame qu'est disposé le réflecteur qui est cons titué dans ce cas par la superposition d'une pellicule métallique 7a -et d'une pellicule di électrique 3c, qui vont toutes deux en dimi nuant d'épaisseur ou de densité de l'axe opti que 2 vers la périphérie. La. lame transpa rente 8 peut être placée en dedans ou au- dessus du système de lentilles de l'objectif.
Le réflecteur peut, comme on l'a vu, être simple ou double, métallique, diélectrique ou mixte. L'une au moins des pellicules peut être disposée sur l'une des lentilles ou sur une lame transparente située perpendiculairement à l'axe optique. Dans les .exemples décrits jusqu'ici, la ou les pellicules ne s'étendent que sur la partie centrale de la section de passage du faisceau lumineux. On pourrait également prévoir, dans d'autres formes d'exécution, que le réflecteur s'étende sur toute la section de passage du faisceau lumi neux.
En effet, le réflecteur peut sans incon vénient s'étendre sur toute la surface de la lentille 1, respectivement de la lame 8, pourvu que, dans la zone traversée par les rayons diffractés, son épaisseur, respectivement sa densité, soit si minime qu'elle ne produise aucun décalage de phase appréciable.
L'objectif pourrait également comprendre une pellicule de matière semi-transparente, d'épaisseur constante, cette pellicule et une pellicule réfléchissante seini-transparente, d'épaisseur ou densité variable, étant. super posées. Ces deux pellicules pourraient être de même nature ou l'une métallique, l'autre di électrique.
L'emploi conjugué d'une pellicule métalli que d'épaisseur ou de densité constante, s'étendant sur toute la section de passage des rayons lumineux, avec une pellicule réfléchis sante semi-transparente d'épaisseur ou de densité variable, ou bien encore l'emploi d'une pellicule d'épaisseur ou de densité variable s'étendant sur toute la section de passage des rayons lumineux, permet. d'obtenir, outre l'avantage déjà indiqué, l'avantage que l'on va décrire maintenant.
Les auteurs de la pré sente invention ont en effet constaté expéri mentalement ce qui suit, dans le cas d'un ré flecteur d'épaisseur ou densité constante s'étendant sur toute la section de passage de la lumière: Lorsqu'on introduit dans la pupille du porte-objectif (donc au-dessus du système de lentilles) une rondelle de verre plane dont toute la. surface est.
revêtue d'une mince cou che cl'or semi-transparente d'épaisseur cons tante, et qu'on éclaire l'objet avec un faisceau de lumière très délié (le diaphragme du con densateur étant très fermé), on constate que les franges d'interférence qui, avant L'emploi de la rondelle dorée, entouraient les contours de l'image et nuisaient à sa qualité, ont été supprimées par l'action de la pellicule d'or, et qu'on a une image parfaite.
Or, l'éclairage par un faisceau très étroit a. sa grande utilité, car il rend visibles des structures incolores et fines (.des bacilles vivants par exemple) qui sont. invisibles sous un éclairage d'ouverture plus grande. On reprochait. cependant à l'éclairage (le très petite ouverture l'appari tion de franges d'interférence et d'artefacts optiques, lesquels sont supprimés par la pré sence de la rondelle dorée. Ce phénomène s'explique par la micro structure granulaire des couches métahiques très minces et. par la. diffusion ou diffraction de la lumière au niveau de pareilles couches.
La lumière diffusée par la couche granulaire est. perdue pour la formation de l'image puis qu'elle est. déviée de sa. direction normale, après passage par le svstèiiie cle lentilles. Mais cette perte de luminosité affecte beaucoup plus les rayons diffractés, qui donnent, lieu à la formation des franges d'interférence, que le faisceau géométrique. En effet, le faisceau direct (géométrique) ne traverse qu'une pe tite surface au centre .de la couche diffusante, tandis que les rayons diffractés traversent la couche dans toute son étendue et, sont, en con séquence, beaucoup plus affaiblis.
Dans l'éclairage en fond noir (cardioïde ou écran central), il se produit aussi généra lement des franges plus ou moins gênantes, qui sont. considérablement atténuées, sinon supprimées, par l'emploi des rondelles dorées.
La pellicule d'or pourrait tout aussi bien être déposée sur toute la surface de l'une des lentilles au lieu d'être située sur la rondelle plane. Et d'autres métaux, comme le platine, l'aluminium, l'acier, etc., pourraient rempla cer l'or. Les oxydes des métaux oxydables, obtenus par oxydation des vapeurs niétalli- ques se déposant sur le verre, rempliraient le même office.
Enfin, les particules de métaux ou de leurs oxydes pourraient être incorporées dans la masse du verre au lieu d'être déposées seule ment sur sa. surface. Dans ce cas,<B>le</B> réflec teur constitué par la lentille elle-même varie rait évidemment d'épaisseur de l'axe vers sa périphérie.
On obtient, par ee moyen, non seulement une amélioration des images en fond noir, comme c'est le cas dans les exemples décrits au début, mais aussi une amélioration des images en fond clair, ce qui est. important dans certains cas.