Oculaires

L’oculaire est la partie du microscope qui agrandit l’image produite par l’objectif du microscope pour qu’elle puisse être vue par l’œil humain. Dans ce document, nous allons nous pencher sur les différents types d’oculaires, leurs composants, leur mode de fonctionnement et leur utilisation.

Oculaires, un peu de terminologie

Les oculaires fonctionnent en association avec les objectifs du microscope pour agrandir davantage l’image intermédiaire afin que les détails de l’échantillon puissent être observés.

Pour obtenir les meilleurs résultats en microscopie, il faut combiner les objectifs avec des oculaires adaptés à la correction et au type d’objectif. La structure de base d’un oculaire moderne typique est illustrée à la figure 1 ci-dessous. Les inscriptions présentes sur le corps de l’oculaire décrivent ses caractéristiques et ses fonctions.

Comment lire les inscriptions d’un oculaire

L’oculaire illustré à la figure 1 porte l’inscription UW, qui est l’abréviation de « Ultra-Wide » en anglais, et désigne un champ de vision ultra-large. Souvent, selon le fabricant, les oculaires portent également la désignation H pour indiquer une pupille de sortie élevée (ou grand tirage d’anneau) qui permet aux utilisateurs du microscope de porter des lunettes lors de l’observation des échantillons.

D’autres inscriptions sont souvent présentes sur les oculaires :

• WF pour grand champ
• UWF pour ultra-grand champ
• SW et SWF pour super-grand champ
• HE pour grand tirage d’anneau
• CF pour les oculaires prévus pour être utilisés avec des objectifs corrigés pour les aberrations

Les oculaires compensateurs portent souvent l’inscription K, C ou comp, en plus de l’indication du grossissement. Les oculaires utilisés avec les objectifs à champ plat portent souvent l’inscription plan-comp.

Le grossissement de l’oculaire de la figure 1 est de 10X, comme indiqué sur le corps. L’inscription A/24 indique que l’indice de champ est 24, ce qui correspond au diamètre (en millimètres) du diaphragme fixe dans l’oculaire. Ces oculaires sont également dotés d’un réglage de la mise au point et d’une vis de serrage qui permet de fixer leur position. De nos jours, les fabricants produisent souvent des oculaires avec des œilletons en caoutchouc qui servent à positionner les yeux à la bonne distance de la lentille avant et à empêcher la lumière ambiante d’être réfléchie à la surface de la lentille et de gêner l’observation.

Types d’oculaires simples : négatif, positif et modifié

Il existe deux grands types d’oculaires, regroupés selon la disposition des lentilles et du diaphragme : les oculaires négatifs (ou oculaires de Huygens) avec un diaphragme interne et les oculaires positifs (ou oculaires de Ramsden) qui ont un diaphragme situé sous les lentilles de l’oculaire.

Les oculaires négatifs ont deux lentilles :

• La lentille supérieure, qui est la lentille la plus proche de l’œil de l’observateur, est appelée le verre d’œil
• La lentille inférieure (sous le diaphragme) est souvent appelée le verre de champ

Dans leur forme la plus simple, les verres d’œil et de champ sont plano-convexes, les côtés convexes faisant face à l’échantillon. À mi-chemin environ entre ces deux lentilles se trouve une ouverture circulaire fixe ou un diaphragme interne. La taille du diaphragme définit le champ de vision circulaire observé lorsque l’on regarde dans le microscope.

Découvrez ci-dessous la différence entre les oculaires négatifs et positifs.

Qu’est-ce qu’un oculaire de Huygens ?

Le modèle le plus simple d’oculaire négatif, souvent appelé oculaire de Huygens (illustré à la figure 2), équipe la plupart des microscopes pédagogiques et de laboratoire équipés d’objectifs achromatiques. Bien que les verres d’œil et de champ de l’oculaire Huygens ne soient pas bien corrigés, leurs aberrations ont tout de même tendance à s’annuler l’une l’autre. Les oculaires négatifs les plus fortement corrigés ont un verre d’œil constitué de deux ou trois lentilles collées ensemble. Si un oculaire dont vous ne connaissez pas les caractéristiques n’a que le grossissement d’inscrit sur son corps, il s’agit probablement d’un oculaire de Huygens et il est particulièrement adapté à une utilisation avec des objectifs achromatiques de grossissement 5X à 40X.

Qu’est-ce qu’un oculaire de Ramsden ?

L’autre grand type d’oculaire simple est l’oculaire positif avec un diaphragme placé sous ses lentilles, communément appelé oculaire de Ramsden, représenté à la figure 2, à gauche. Cet oculaire est doté d’un verre d’œil et d’un verre de champ qui sont également plano-convexes, mais le verre de champ est monté avec la surface incurvée orientée vers le verre d’œil. Le plan focal avant de cet oculaire se trouve sous le verre de champ, au niveau du diaphragme de l’oculaire, ce qui rend cet oculaire facilement adaptable pour l’installation de réticules. Pour une meilleure correction, les deux lentilles de l’oculaire de Ramsden peuvent être collées ensemble.

Oculaires simples modifiés

Une version modifiée de l’oculaire de Ramsden est connue sous le nom d’oculaire de Kellner, illustré dans la figure 3, à gauche. Ces oculaires améliorés contiennent un doublet de lentilles collées l’une à l’autre et présentent une pupille de sortie plus haute que celle de l’oculaire de Ramsden ou de Huygens ainsi qu’un champ de vision beaucoup plus large.

Une version modifiée d’un oculaire de Huygens simple est illustrée à la figure 3, à droite. Bien que ces oculaires modifiés fonctionnent mieux que leurs homologues simples à une seule lentille, leur intérêt reste limité à une utilisation avec des objectifs achromatiques de faible grossissement.

Oculaires compensateurs

Les oculaires simples, tels que les oculaires de Huygens et de Ramsden, et leurs homologues achromatiques ne corrigent pas l’inégalité chromatique du grossissement résiduelle dans l’image intermédiaire, en particulier lorsqu’ils sont associés à des objectifs achromatiques de fort grossissement ou à des objectifs fluorites ou apochromatiques. Pour résoudre ce problème, les fabricants produisent des oculaires compensateurs qui introduisent une erreur chromatique identique mais inversée dans les lentilles.

Les oculaires compensateurs peuvent être de type positif ou négatif et doivent être utilisés à tous les grossissements avec des objectifs fluorites, apochromatiques et toutes les variations des objectifs plans (ils peuvent également être utilisés de façon intéressante avec des objectifs achromatiques de grossissement 40X et plus). Ces dernières années, la correction de l’inégalité chromatique du grossissement des objectifs de microscope modernes est directement intégrée dans les objectifs (comme dans les objectifs Olympus) ou effectuée au niveau de la lentille du tube optique.

Les oculaires compensateurs jouent un rôle crucial pour éliminer les aberrations chromatiques résiduelles inhérentes à la conception des objectifs fortement corrigés. Par conséquent, il est préférable d’utiliser les oculaires compensateurs conçus par un fabricant particulier pour accompagner les objectifs de plus forte correction du fabricant. L’utilisation d’un oculaire incorrect avec un objectif apochromatique conçu pour une application de longueur de tube finie (160 ou 170 mm) entraîne un contraste considérablement accru, avec des franges rouges sur le diamètre extérieur et des franges bleues sur le diamètre intérieur des détails de l’échantillon. D’autres problèmes sont dus à une planéité limitée du champ de vision dans les oculaires simples, même ceux corrigés avec des doublets de lentilles.

Oculaires avancés

Des conceptions d’oculaires plus avancées ont donné naissance à l’oculaire périplan illustré à la figure 4 ci-dessus. Cet oculaire contient sept lentilles : cinq lentilles collées entre elles en un doublet unique et un triplet unique et deux lentilles individuelles. Les améliorations apportées à la conception des oculaires périplans permettent une meilleure correction des aberrations chromatiques latérales résiduelles, une plus meilleure planéité du champ et une amélioration générale des performances lorsqu’ils sont utilisés avec des objectifs de fort grossissement.

Les microscopes modernes sont dotés d’objectifs avec une correction de la planéité considérablement améliorée, dans lesquels l’image principale présente une courbure de champ beaucoup moins importante qu’avec les objectifs plus anciens. En outre, la plupart des microscopes ont désormais des tubes plus larges, ce qui a considérablement augmenté la taille des images intermédiaires.

Pour répondre à ces nouvelles caractéristiques, les fabricants produisent désormais des oculaires à grand champ (illustrés à la figure 1) qui augmentent la zone visible de l’échantillon de 40 %. Comme les techniques de correction de l’ensemble objectif-oculaire varient d’un fabricant à l’autre, il est important d’utiliser uniquement les oculaires recommandés par un fabricant donné pour être utilisés avec les objectifs de ce fabricant.

Comment choisir le bon oculaire

Nous conseillons de d’abord choisir soigneusement l’objectif, puis d’acheter un oculaire conçu pour fonctionner avec l’objectif choisi. Lors du choix des oculaires, il est relativement facile de différencier les oculaires simples des oculaires offrant une compensation plus élevée. Dans les oculaires simples tels que les oculaires de Ramsden et Huygens (et leurs homologues plus fortement corrigés), une bague bleue est visible au niveau du pourtour du diaphragme de l’oculaire lorsqu’on l’observe sur le microscope ou en le tenant devant une source de lumière. Les oculaires compensateurs plus fortement corrigés quant à eux présentent une bague jaune-rouge-orange autour du diaphragme.

Propriétés des oculaires commerciaux

Tableau 1

Les propriétés de plusieurs oculaires disponibles dans le commerce (fabriqués par Olympus) sont répertoriées selon le type d’oculaire dans le tableau 1. Les trois principaux types d’oculaires indiqués dans le tableau 1 sont à réticule, à grand champ et à super-grand champ.

Notez que la terminologie utilisée par les différents fabricants peut prêter à confusion. Lisez attentivement les brochures et les manuels des microscopes pour choisir les oculaires adaptés à un objectif spécifique.

Dans le tableau 1, les abréviations qui désignent les oculaires grand champ (WH) et super-grand champ (SWH) sont couplées à leur correction pour une pupille de sortie haute. Les grossissements sont 10X ou 15X, et les indices de champ vont de 14 à 26,5, selon l’application. Le réglage dioptrique est à peu près le même pour tous les oculaires, et beaucoup contiennent aussi un masque photographique ou un réticule micrométrique.

Oculaires à pupille de sortie haute

Les rayons de lumière émanant de l’oculaire se croisent au niveau de la pupille de sortie ou anneau oculaire, autrefois appelée anneau de Ramsden, où doit être placée la pupille de l’œil de l’utilisateur du microscope afin de voir tout le champ de vision (généralement à 8 à 10 mm du verre d’œil). En augmentant le grossissement de l’oculaire, la pupille de sortie est rapprochée de la surface supérieure du verre d’œil, ce qui rend l’utilisation du microscope beaucoup plus difficile, surtout si l’utilisateur porte des lunettes.

Pour remédier à ce problème, les fabricants ont conçu des oculaires à pupille de sortie haute dont la distance entre la pupille de sortie et la surface du verre d’œil est de 20 à 25 mm . Ces oculaires améliorés sont dotés de verres d’œil de plus grand diamètre qui contiennent davantage de lentilles et présentent généralement une meilleure planéité de champ. Ces oculaires sont souvent désignés par l’inscription H quelque part sur le corps de l’oculaire, soit seule, soit associée à d’autres abréviations.

Il convient de mentionner que les oculaires à pupille de sortie haute sont particulièrement utiles pour les utilisateurs de microscope qui portent des lunettes pour corriger la myopie ou la presbytie, mais ils ne corrigent pas plusieurs autres problèmes d’acuité visuelle comme l’astigmatisme. De nos jours, les oculaires à pupille de sortie haute sont très appréciés, même chez les personnes qui ne portent pas de lunettes, parce que le grand le grand espace entre l’œil et le verre d’œil réduit la fatigue et rend l’observation des images au microscope beaucoup plus confortable.

Diamètre du champ de vision

À un moment donné, les oculaires étaient disponibles dans un large éventail de grossissements allant de 6,3x à 25x, voire parfois plus pour certaines applications spéciales. Ces oculaires sont très utiles pour l’observation et la photomicrographie avec des objectifs de faible grossissement. Malheureusement, avec des objectifs de plus forts grossissements, le problème de grossissement vide devient important lorsqu’on utilise des oculaires à très fort grossissement, et ceux-ci doivent être évités. De nos jours, la plupart des fabricants limitent leurs offres d’oculaires à des grossissements compris entre 10x et 20x. Le diamètre du champ de vision d’un oculaire est exprimé sous la forme d’un indice de champ de vision ou indice de champ (FN). Les informations sur l’indice de champ d’un oculaire peuvent permettre de déterminer le diamètre réel du champ de vision de l’objet en appliquant la formule suivante :

Diamètre du champ de vision = (FN) / (M(O) × M(T)

Où FN est l’indice de champ en millimètres, M(O) est le grossissement de l’objectif et M(T) est le facteur de grossissement de la lentille de tube (le cas échéant). En appliquant cette formule à l’oculaire super-grand champ indiqué dans le tableau 1, nous arrivons à ce qui suit pour un objectif 40X avec un grossissement de la lentille de tube de 1,25 : FN = 26,5/M(O) = 40 × M(T) = 1,25 = un diamètre du champ de vision de 0,53 mm. Le tableau 2 répertorie les diamètres de champ de vision pour les objectifs couramment utilisés avec cet oculaire.

Diamètres du champ de vision
(Oculaire SWF 10X)

Tableau 2

Plage de grossissement utile

Faites attention lorsque vous choisissez des combinaisons oculaire/objectif pour garantir un grossissement optimal des détails de l’échantillon sans ajouter d’artefacts inutiles. Par exemple, pour obtenir un grossissement de 250X, le microscopiste peut choisir un oculaire de 25X couplé à un objectif de 10X. Autre possibilité pour obtenir le même grossissement : un oculaire de 10X avec un objectif de 25X. Comme l’objectif de 25X a une ouverture numérique plus grande (environ 0,65) que l’objectif 10X (environ 0,25) et que l’ouverture numérique définit la résolution d’un objectif, ce deuxième choix est idéal. Si des photomicrographies du même champ de vision étaient réalisées avec chaque combinaison objectif/oculaire décrite ci-dessus, il serait évident que le duo oculaire 10x/objectif 25X produirait des photomicrographies qui excelleraient en matière de détails et de clarté de l’image de l’échantillon par rapport à l’autre combinaison.

La plage de grossissement utile pour une combinaison objectif/oculaire est définie par l’ouverture numérique du système. Il existe un grossissement minimum nécessaire pour que les détails présents dans une image soient résolus, et cette valeur est généralement considérée de manière arbitraire comme étant de 500 fois l’ouverture numérique (500 × ON).

À l’autre extrémité du spectre, le grossissement utile maximal d’une image est généralement considéré comme étant de 1 000 fois l’ouverture numérique (1000 × ON). Les grossissements supérieurs à cette valeur ne donnent aucune autre information utile ou résolution plus fine des détails de l’image et entraînent généralement une dégradation de l’image. Le dépassement de la limite de grossissement utile provoque l’apparition d’un phénomène de grossissement vide, où l’augmentation du grossissement à travers l’oculaire ou la lentille de tube intermédiaire produit seulement un grossissement de l’image sans augmentation correspondante de la résolution des détails.

Le tableau 3 ci-dessous répertorie les combinaisons objectif/oculaire courantes qui se trouvent dans la plage de grossissement utile.

Plage de grossissement utile
(500–1000 × ON de l’objectif)

Tableau 3

Réticules de mesure

Les oculaires peuvent être adaptés pour effectuer des mesures en ajoutant un petit réticule en verre en forme de disque (parfois appelé graticule) dans le plan du diaphragme de champ de l’oculaire. Les réticules portent habituellement des repères, comme une règle graduée ou une grille, gravés sur leur surface. Comme le réticule se trouve dans le même plan que le diaphragme de champ, il apparaît superposé sur l’image de l’échantillon de façon nette. Les oculaires utilisant des réticules doivent contenir un mécanisme de mise au point (généralement une vis hélicoïdale ou une glissière) qui permet de faire le mise au point sur l’image du réticule. Plusieurs types de réticules courants sont illustrés à la figure 5 ci-dessous.

Le réticule de la figure 5 (a) est un élément couramment utilisé sur les oculaires destinés pour cadrer le champ de vision en photomicrographie. Le petit élément rectangulaire délimite la zone qui sera captée sur une pellicule de 35 mm. Les autres formats de pellicule (120 mm et 4 × 5 po) sont délimités par des ensembles d’équerres à l’intérieur du rectangle de 35 mm. Au centre du réticule se trouve une série de cercles entourés de quatre séries de lignes parallèles disposées selon un motif en X. Ces lignes sont utilisées pour faire la mise au point sur le réticule et sur l’image de sorte qu’ils soient toujours dans le même plan focal que le plan de la pellicule dans le boîtier de la caméra raccordée au microscope. Le réticule de la figure 5 (b) est un micromètre linéaire qui peut être utilisé pour mesurer des distances dans l’image, et le micromètre croisé de la figure 5 (c) est utilisé avec des microscopes polarisants pour localiser l’alignement des échantillons par rapport au polariseur et à l’analyseur. La grille illustrée à la figure 5 (d) est utilisée pour partitionner une section du champ de vision à des fins de numération. Il existe beaucoup d’autres variantes de réticule d’oculaire, consultez les fabricants de microscopes et d’accessoires optiques pour déterminer les types dont vous avez besoin pour effectuer vos mesures et leur disponibilité.

Micromètres à fil

Pour des mesures très précises, on utilise un micromètre à fil (tel que celui illustré à la figure 6). Ce micromètre remplace l’oculaire classique et apporte plusieurs améliorations par rapport aux réticules classiques. Dans le micromètre à fil, la mise au point est effectuée de sorte à amener un réticule doté d’une échelle graduée (il existe de nombreux types d’échelle) et d’un fil très fin (illustré à la figure 6 (b)) dans le même plan focal que l’échantillon. Le fil est fixé de façon à pouvoir être déplacé lentement dans le champ de vision à l’aide de la vis moletée étalonnée située sur le côté du micromètre, comme illustré à la figure 6 (a). Un tour complet de la vis moletée (divisée en 100 divisions égales) équivaut à la distance entre deux repères adjacents du réticule. En déplaçant lentement le fil d’une position à une autre sur l’image de l’échantillon et en relevant les numéros correspondants sur l’échelle graduée de la vis moletée, le microscopiste obtient une mesure beaucoup plus précise de la distance. Les micromètres à fil (et autres réticules simples) doivent être étalonnés à l’aide d’un micromètre-objet pour chaque objectif avec lequel ils seront utilisés.

Pointeurs mobiles

Certains oculaires sont dotés d’un pointeur mobile situé à l’intérieur de l’oculaire et positionné de manière à ce qu’il apparaisse comme une silhouette dans le plan de l’image. Ce pointeur est utile pour pointer certaines caractéristiques d’un échantillon, en particulier dans le cadre de travaux pratique pour montrer à des étudiants certains aspects d’un échantillon. La plupart des pointeurs d’oculaire peuvent pivoter à 360° autour de l’échantillon, et les versions plus avancées peuvent se translater dans le champ de vision.

Oculaires photographiques et oculaires de projection

Les fabricants produisent souvent des oculaires spéciaux, souvent appelés oculaires photographiques, qui sont conçus pour être utilisés en photomicrographie. Ces oculaires sont généralement de type négatif (de type Huygens) et ne peuvent pas être utilisés pour l’observation visuelle. Pour cette raison, ils sont généralement appelés oculaires de projection. Un oculaire de projection typique est illustré à la figure 7 ci-dessous.

Les oculaires de projection doivent être soigneusement corrigés pour produire des images à champ plat, une caractéristique indispensable pour une photomicrographie précise. Ils sont généralement également corrigés chromatiquement pour garantir une reproduction fidèle des couleurs en photomicrographie couleur. Les grossissements des oculaires de projection de photomicrographie varient de 1X à environ 5X. Ces oculaires peuvent être interchangés pour ajuster la taille de l’image finale sur la photomicrographie.

Oculaires de mise au point

Les systèmes de caméra font désormais partie intégrante des microscopes, et la plupart des fabricants proposent des caméras photomicrographiques en option. Ces systèmes de caméra avancés sont souvent équipés de boîtes noires motorisées qui renferment la pellicule et la font automatiquement défiler image par image au fur et à mesure que les photomicrographies sont prises.

Une caractéristique commune de ces systèmes de caméra intégrés est un oculaire télescopique de mise au point à séparateur de faisceau (voir la figure 8) qui permet au microscopiste de visualiser, de mettre au point et de cadrer les échantillons pour la photomicrographie. Cet oculaire télescopique contient un réticule de photomicrographie, semblable à celui illustré à la figure 5 (a), sur lequel est gravé un élément rectangulaire délimitant la zone captée avec une pellicule de 35 mm ainsi que des équerres pour les pellicules de plus grand format. Pour faciliter l’examen et la photographie des échantillons, le microscopiste peut ajuster l’oculaire télescopique de manière à ce qu’il soit parfocale avec les oculaires afin de faciliter le cadrage et la prise de clichés.

Foire aux questions

Qu’est-ce que l’oculaire d’un microscope ?

L’oculaire peut désigner l’oculaire tout entier ou le verre d’œil, c’est-à-dire la lentille la plus proche de l’œil.

À quoi sert l’oculaire sur un microscope ?

L’oculaire agrandit l’image produite par l’objectif pour que l’utilisateur du microscope puisse la voir.

Comment choisir le bon oculaire ?

Il y a beaucoup de facteurs qui entrent en compte dans le choix d’un oculaire. Il est important de garder à l’esprit que votre oculaire et votre objectif doivent être compatibles entre eux. Nous conseillons de choisir soigneusement l’objectif dans un premier temps, puis d’acheter un oculaire conçu pour fonctionner avec l’objectif choisi.