Paramètres de performance clés
La performance d’un objectif est définie par plusieurs spécifications clés :
1. Grossissement : le degré auquel l'objet est agrandi (par exemple, 4x, 10x, 40x, 100x). Ceci est généralement gravé sur le canon.
2. Ouverture numérique (NA) : Il s'agit de la spécification la plus importante pour déterminer la résolution et la luminosité. C'est un nombre sans dimension (par exemple, NA 0,25, NA 1,4) qui définit le cône de lumière que l'objectif peut accepter.
· Résolution : La distance minimale entre deux points distinctifs est donnée par la limite d'Abbe : Résolution = λ / (2NA), où λ est la longueur d'onde de la lumière. Une NA plus élevée signifie une meilleure (plus petite) résolution.
· Luminosité : le pouvoir de collecte de lumière augmente avec le carré du NA. Une NA plus élevée fournit une image beaucoup plus lumineuse.
3. Distance de travail (WD) : La distance entre la lentille avant de l'objectif et le haut de la lamelle (ou de l'échantillon) lorsque l'échantillon est bien net. Les objectifs à fort grossissement ont souvent une distance de travail très courte.
4. Profondeur de champ (DoF) : La profondeur axiale de l'échantillon qui reste dans une mise au point acceptable à un moment donné. Les objectifs à NA plus élevés ont une profondeur de champ plus faible.
5. Correction des aberrations chromatiques et sphériques : degré auquel l'objectif corrige les défauts optiques qui provoquent des franges de couleur et du flou. Ceci est indiqué par des marques gravées.
Types d'objectifs basés sur la correction
Les objectifs sont classés selon leur niveau de correction optique, un système largement standardisé par les normes allemandes DIN et JIS :
· Achromat (Achromatique) : Le type le plus courant et le plus économique. Corrigé de l'aberration chromatique pour deux couleurs (rouge et bleu) et de l'aberration sphérique pour une couleur (vert). Convient pour l'observation de routine.
· Plan Achromat : corrige à la fois l'aberration chromatique et la courbure du champ. « Plan » signifie que l'image focalisée est plate sur tout le champ de vision et non incurvée. Indispensable pour la photographie.
· Fluorite (Semi-Apochromat) : Utilise de la fluorite ou d'autres éléments en verre à faible dispersion. Fournit une correction supérieure pour les aberrations chromatiques et sphériques par rapport aux achromates. Transmission plus élevée et meilleure résolution. Souvent marqué de « FL » ou « Fluor ».
· Apochromat (Apo) : Le plus haut niveau de correction. Corrigé de l'aberration chromatique pour trois couleurs (rouge, vert, bleu) et de l'aberration sphérique pour deux couleurs. Ils ont la NA et la résolution les plus élevées pour un grossissement donné et offrent la meilleure qualité d'image. Ce sont aussi les plus chers. Marqué "Apo".
· Objectifs spécialisés : incluez des objectifs de contraste de phase (pour observer des échantillons transparents non colorés), des objectifs d'immersion dans l'eau et dans l'huile (qui utilisent des milieux d'immersion pour obtenir une NA plus élevée > 1,0) et des objectifs à longue distance de travail (LWD).
Le principe de l'immersion
Pour obtenir une ouverture numérique supérieure à 1,0 (la limite théorique pour l'air), un milieu d'immersion (par exemple, de l'huile d'immersion) est placé entre la lentille avant de l'objectif et la lamelle. L'huile a un indice de réfraction similaire à celui du verre, ce qui empêche la lumière de se réfracter et permet à un cône de lumière plus large d'être capturé par l'objectif. Un objectif à immersion dans l'huile 100x (par exemple, NA 1,4) est un exemple classique.
Applications courantes
Les objectifs optiques sont au cœur de nombreux instruments :
· Microscopie : Ils sont montés sur un porte-nez rotatif et constituent l'élément déterminant des microscopes composés (biologiques, métallurgiques, polarisants).
· Objectifs d'appareil photo : en photographie et en cinématographie, l'objectif est l'ensemble de l'objectif lui-même, projetant une image directement sur le capteur.
· Télescopes : la grande lentille d'objectif frontale (ou le miroir des télescopes à réflecteur) recueille la lumière des objets éloignés.
· Spectromètres et autres systèmes optiques : utilisés pour focaliser et diriger la lumière sur un réseau ou un détecteur.
En résumé, l’objectif optique est le cœur de tout système d’imagerie. Sa conception est un compromis complexe entre grossissement, résolution, contraste et planéité du champ. Le choix de l'objectif détermine directement la qualité, la clarté et le contenu informatif de l'image finale.
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