et les objectifs microscope réflectifs?

[quinoa]

Claude,

Quel est l’intérêt de perdre les rayons centraux qui sont les meilleurs?

Je pense que votre remarque sur les rayons centraux comme étant les meilleurs s'applique surtout pour les objectifs réfractifs, pour lesquels, à l'extrème et pour des objectifs de moindre qualités, ce sont les rayons les plus proches de l'axe optique qui souffrent le moins d'aberrations. Dans quelle mesure cela s'applique aussi aux objectifs réflectifs, cela dépend je dirais de la distance de travail de l'objectif. Cette distance est relativement longue (23.8mm pour le 15x de Thorlabs).
Si l'on passe du microscope au téléscope, les téléscopes de type réflectifs (Newton, Cassegrain...) n'ont pas à palire devant leurs confrères réfractifs.

J'aimerais aussi voir des images capturées par ces objectifs!

GeLe,

Pourquoi dans ces documentations ne parle-t-on que de "correction chromatique", d'UV, d'InfraRouge, etc.. ?

Les miroirs, contrairements aux lentilles dont l'indice de réfraction varie en fonction de la longueur d'onde, n'introduisent comparativement que très peu d'aberrations chromatiques (pour une même plage de longueurs d'onde).
A propos d'autres types de corrections, un paramètre important est l'erreur sur la transmission du front d'onde, mais je ne comprend pas bien si cela correspond à une aberration en particulier. Les aberrations sphériques en tout cas seraient contrôlées par la forme même du miroir (sphérique, parabolique, ...) plus qu'à sa qualité de transmission du front d'onde.

[GeLe]

quinoa, par pure curiosité "intellectuelle" (je ne vois pas en quoi ce serait indiscret), pourrais-je savoir quelles études vous avez suivies pour connaitre ces notions d'optique ?

Merci à vous.

[PierreM]

Hello

...
Quel est l’intérêt de perdre les rayons centraux qui sont les meilleurs?
...

Meilleurs en quoi ?
Je crois que c'est l'inverse : les rayons centraux correspondent à des optiques simples qui travaillent dans des conditions idéalisées (conditions de Gauss entre autres), en photographie diaphragmer améliore l'image jusqu'à ce que la diffraction l'emporte. En gros c'est le domaine de l'optique géométrique.

Mais un bon objectif de microscope doit avoir une ouverture numérique élevée. Elle lui permet d'utiliser des rayons très obliques qui participent à la formation de l'image, là on est dans le domaine de l'optique physique qui seule permet de bien appréhender le fonctionnement d'un microscope (pour un objectif photo c'est moins flagrant).

Pour une explication très simple, voir
"Introduction à la microscopie par Frithjof A. S. Sterrenburg, part. 6, optique physique en microscopie" (c'est moi qui ai mis en gras):

Formation de l'image
La théorie de la formation de l'image a été formulée par Ernst Abbe à la fin du XIXe siècle. Abbe traita l'objet comme un fin réseau et bien que ce ne soit pas une description exacte de sections de plantes par exemple, c'est une très bonne approximation de la structure régulière des diatomées.

Lorsque la lumière passe à travers un réseau, elle est diffusée (diffractée) de telle façon à ce qu'elle se transforme en un faisceau - ou plutôt un cône, Fig. 36. Un faisceau très fin de lumière qui entre dans l'objet est ainsi divisé en un faisceau non dévié (traverse tout droit) et en plusieurs faisceaux déviés de chaque côté. La lumière non déviée ne contient aucune information concernant l'objet, c'est simplement l'éclairage du fond. La lumière déviée contient de l'information concernant l'objet. L'image est formée derrière la lentille, là ou la lumière déviée et non déviée interagit (interfère).
...
Le degré de diffraction, c'est à dire l'angle entre les deux maximas de premier ordre dépend de deux facteurs:

Plus le réseau est fin, plus l'angle est grand.
Plus la longueur d'onde est courte, plus l'angle est petit
...

Voir par exemple Microscopie : Fondamentaux : Contraintes de l'imagerie sous forte ouverture numérique :

Le problème principal de la formation d'image sous forte ouverture numérique provient de l'inclinaison élevée des rayons intervenant. Des ouvertures numériques de 0,70 ; 0,95 (dans l'air) ou 1,30 (dans l'huile d'immersion) conduisent à des rayons extrêmes formant avec l'axe optique de l'objectif des angles de respectivement 45°, 72° et 59° ! On est donc très loin des conditions de Gauss et du domaine d'utilisation du stigmatisme approché.

Et plus on s'éloigne de ces conditions, plus les optiques sont difficiles à concevoir et à réaliser. Les opticiens sont de merveilleux fous qui font des miracles, mais les miracles ont un prix !!!!

Amicalement
Pierre M.

[JMP76]

Bonjour,
Ce genre d'objectifs offre une grande bande passante au niveau des couleurs

Bande passante

ReflectiveBP_01.jpg (24.63 Kio) Vu 4563 fois

150 nm à >2600 nm !
Je ne pense pas que cela puisse être possible d'obtenir la même chose avec des optiques standards. Un Mitutoyo spécial IR ne fait que 378-825 nm. Le spectre est presque 3x plus important en IR et 3x en UP (Deep UV)
Ils sont donc prévus pour des usages spéciaux. Ils sont probablement utilisés en MicroElectronique. Car on y fait des photos en UV. (est-ce encore d'actualité?)
Ce genre d'objectif doit donner des flous en couronnes comme les objectifs à miroirs.
Les rayons centraux sont intéressants pour éliminer cet effet. Mais ils participent peu à la qualité finale de l'objectif.Les rayons périphériques apportent beaucoup plus de lumière et participent plus à la résolution. La perte est faiblement visible comme en astronomie. (mais il y a bien sûr des effets visibles, qui peuvent être gênants mais acceptables)
Il faut se souvenir que la qualité d'une optique parfaite correspond à la TF (transformée de Fourier) de l'ouverture. Le changement d'un cercle par une couronne a des impacts.
D'ailleurs on peut faire intervenir les défauts en lamba/4 dans le masque d'ouverture... reste à définir les dimensions de ces défauts, leurs nombres, leurs fréquences d'apparition...

alors c'est un avantage intéressant de pouvoir l'utliser de l'UV à l'infrarouge pour de la photo multispectral.

Reste à disposer d'un capteur capable. Pour l'IR on peut retirer le filtre placé devant tout capteur CMOS ou CCD. et mettre un filtre passant IR.
Pour les UV... ?

Cependant ce genre d'optique doit pouvoir être utilisé dans les recherches en fluorescence. On envoie de l'UV, et on récupère en visible ou en IR. On n'est plus dans le domaine amateur averti!
Utiliser ce genre d'objectif dans un microscope visuel/ordinaire c'est comme donner de la confiture ...
Il n'empêche que tout cela fait rêver.

Cordialement

[quinoa]

Ça ne me réussis pas d'écrire sur le sujet à 1h du matin, j'essayais de parler des rayons centraux pour des catadoptriques alors que de par leur constitution les rayons centraux sont bloqués!... Par ailleurs, parler de rayons centraux peut prêter à confusion: sont-ils ceux passant par la pupille d'entrée? Par le centre du diaphragme (pas nécessairement au même endroit que la pupille d'entrée, auquel cas on parlera plutot de rayons principaux, "chief rays", http://spie.org/x33110.xml)? Ou bien ceux proches de l'axe optique?
Merci Pierre pour les explications claires. Pour illustrer les propos de Pierre: la plupart des objectifs photos offrent des performances optimales à une ouverture donnée, celle-ci n'étant jamais ni la plus grande ni la plus petite ouverture. Un 50mm f#1.8 sera à son top autour de 5.6 par exemple. Grand ouvert, le piqué n'est pas si bon. Fermé, la diffraction débarque.

JMP76:

Ce genre d'objectifs offre une grande bande passante au niveau des couleurs

Tout à fait. C'est leur grand avantage, mais je n'ai pas trouvé quels étaient leurs inconvénients. Un mitutoyo plan optimisé pour l'UV (les lentilles sont faites avec des materieux speciaux) se paie entre 6.000 et 10.000euros!

Reste à disposer d'un capteur capable. Pour l'IR on peut retirer le filtre placé devant tout capteur CMOS ou CCD. et mettre un filtre passant IR.
Pour les UV... ?

Un CCD ou CMOS "classique" est aussi sensible dans le proche UV, mais la courbe de sensitivité commence à se casser la figure, la sensitivité en IR (proche aussi) est comparativement plus grande qu'en UV. Notons que mis à part certaines caméras industrielles (typiquement celles utilisant les objectifs C-mount), il n'est pas facile d'enlever le filtre anti-UV/IR du capteur CMOS d'un appareil photo grand publique!

GeLe,

quinoa, par pure curiosité [...] pourrais-je savoir quelles études vous avez suivies pour connaitre ces notions d'optique ?

Votre question est plutôt étonnante et un peu hors sujet Mes connaissances en optique sont plutôt basiques, je suis loin très loin d'être opticien. Mon intérêt fut aiguisé pendant la 1ere année après le BAC (IUT de mesures physiques), ensuite j'ai choisi un autre domaine scientifique.

[JMP76]

Hello,

Je vois au moins un inconvénient: la forme du flou. Avoir des flous en anneaux peut conduire à pas mal d'erreurs d'interprétation. Avec en plus les interférences dues aux lois de l'optique (tâches d'Airy).
D'autres part augmenter le spectre peut conduire à mélanger des parties d'images sans intérêt. (il 'suffit' de mettre de bons filtres...)
Il faut aussi que toute la chaine optique ait la même bande passante: éclairage, condenseur, lentille de tube, capteur, attention les yeux!

Des photons DUV peuvent créer des dégâts dans les capteurs classiques ou au moins des courants de fuite inappropriés (effet photo-électrique). Les photons peuvent être 4x plus énergétiques. On a utilisé en électronique des lampes UV (pas aussi énergétiques) pour effacer le contenu de mémoires reprogrammables (les 1702 et autres 27xxx) (jamais sous tension)

Cordialement

[GeLe]

Quinoa, merci pour votre réponse.
Désolé pour vous et les autres si c'est hors de propos. On trouve ici un tel concentré de notions pointues que je me suis souvent dit que s'il y avait un documentaire sur ARTE donnant un aperçu des cours suivis par ceux qui vont devenir chef-techniciens chez Zeiss ou Olympus (à votre goût), je le regarderais certainement. La quantité de connaissances existant dans les cerveaux humains, c'est aussi de quoi intriguer un naturaliste, surtout quand on n'est pas soi-même particulièrement doué pour les maths et la physique. Dans les documentaires, l'histoire et l'archéologie, par exemple, ont plus de succès.

[quinoa]

Je reviens sur le sujet avec un peu plus d'informations sur ces types d'objectifs et pour résumer ce qui a été dit plus haut.
1) sur la terminologie:
un objectif catadioptrique (de microscope ou photo ou autre) utilise une combinaison d'éléments réfractifs (lentilles en verre) et réflectifs (miroir). Un objectif de type réflectif n'a aucune lentille, seulement des miroirs (2 miroirs) (références [1], [2], [4]).
2) types d'objectifs de microscope réflectifs: la plupart des objectifs réflectifs disponible actuellement sont de type "Schwarzschild", avec 2 miroirs et une ouverture obscurcie par le miroir secondaire ([1], [3]). La pupille d'entrée n'est pas circulaire mais en anneau (à cause du miroir secondaire).
3) performances: un objectif de type réflectif Schwarzschild possède une longue distance de travail (~30mm), est corrigé pour les aberrations chromatiques (sur une très large plage de longueurs d'ondes), coma, et l'astigmatisme, par contre possède un peu de distortion de champ et le contraste peut-être dégradé à cause de l'obscuration due au miroir secondaire.
4) disponibilité: ils sont disponibles auprès de nombre de vendeurs et fabriquants: thorlabs, edmund optics, newport, ... pour un prix allant d'environ 1500 à 3000 euros ([5 - 9]).

Conclusion: ces objectifs possèdent de bonnes performances en terme d'images, paraissent surtout avantageux si l'on envisage la prise d'images de l'UV à l'infrarouge, mais le contraste de l'image peut être dégradé à cause de l'obscuration de la pupille d'entrée. Ils remplacent avantageusement au moins 3 objectifs "classiques" (réfractifs), sachant qu'un objectif réfractif fait pour l'UV coute entre 2000 et 10.000 euros. Si l'un d'entre nous a la chance d'en essayer un, je serais bien intéressé de voir des images (et aussi une comparaison avec des images prises avec un objectif classique). Franchement, l'idée de prises de vues d'insectes ou plantes de l'UV à l'infrarouge est tentante, mais pas d'objectifs microscope à miroir sur ebay pour le moment et pas prêt à payer 1500 euros pour essayer!

références:
[1] Handbook Of Optical Systems, H. Gross, vol. 4, chapitre 42.2.
[2] https://fr.wikipedia.org/wiki/Objectif_catadioptrique
[3] http://www.edmundoptics.com/technical-resources-center/microscopy/introduction-to-reflective-objectives/
[4] http://www.laserfocusworld.com/articles/print/volume-40/issue-12/features/biomedical-optics/small-catadioptric-objectives-extend-microscopy-into-the-deep-uv.html
[5] http://www.beckoptronic.com/products/reflecting-objectives/
[6] http://www.edmundoptics.com.tw/microscopy/reflective-objectives/reflx-objectives/2687/
[7] http://www.thorlabs.com/newgrouppage9.cfm?objectgroup_id=6933
[8] http://www.newport.com/Reflective-Microscope-Objectives/409972/1033/info.aspx
[9] http://www.nxtbook.com/nxtbooks/newportcorp/resource2011_fr/#/849

GeLe,

Désolé pour vous et les autres si c'est hors de propos. On trouve ici un tel concentré de notions pointues que je me suis souvent dit que s'il y avait un documentaire sur ARTE donnant un aperçu des cours suivis par ceux qui vont devenir chef-techniciens chez Zeiss ou Olympus (à votre goût), je le regarderais certainement.

Pas de problèmes! Pour satisfaire un peu votre curiosité, l'éditeur en chef du livre que je cite ci-dessus [1] est écrit par le chef du département du design optique de chez Zeiss (à la parution du livre, 2008), il a étudié la physique; un autre auteur de ce même livre a étudié les mathématiques appliquées.

JMP76, vos remarques sont intéressantes:

Je vois au moins un inconvénient: la forme du flou. Avoir des flous en anneaux peut conduire à pas mal d'erreurs d'interprétation. Avec en plus les interférences dues aux lois de l'optique (tâches d'Airy).

Sur l'onglet "wavefront error" sur le site thorlabs (référence [7] ci-dessus) vous pouvez voir la forme du flou (sous forme de contraste, carte d'intensité). Notons cependant que l'échelle de cette carte d'intensité n'est pas donnée, mais je pense que cette image du miroir central sera invisible dans des conditions "normales" de prise de vue (illumination suffisante).
Sur le livre [1] je lis que les considérations de résolutions classique (tâches d'Airy) ne s'appliquent pas pour les systèmes à miroirs justement à cause de la forme de la pupille (un anneau et pas un disque).

D'autres part augmenter le spectre peut conduire à mélanger des parties d'images sans intérêt. (il 'suffit' de mettre de bons filtres...)
Il faut aussi que toute la chaine optique ait la même bande passante: éclairage, condenseur, lentille de tube, capteur, attention les yeux!

En effet, il faut travailler avec des filtres. Mais c'est comme dans le domaine visible, les appareils photos sont tous équipés de filtres anti-UV-IR pour ne pas mélanger des informations d'autres longueurs d'ondes, mais surtout car les objectifs ne sont pas corrigés à ces autres longueurs d'ondes, ce qui donne des images fantômes. Par contre les objectifs de type réflectifs pourraient eux donner une image nets même sans filtre anti-UV-IR, mais ce serait donc un mélange d'images sur toutes ces longueurs d'ondes.

Des photons DUV peuvent créer des dégâts dans les capteurs classiques ou au moins des courants de fuite inappropriés (effet photo-électrique). Les photons peuvent être 4x plus énergétiques. On a utilisé en électronique des lampes UV (pas aussi énergétiques) pour effacer le contenu de mémoires reprogrammables (les 1702 et autres 27xxx) (jamais sous tension)

Le DUV oui, c'est probablement pas très bon pour l'électronique du capteur et ça donne des cancers de la peau et ça détruit la rétine!

Ludovic