Introduction aux objectifs réfléchissants

Types | Avantages

Les objectifs de microscope sont l'un des composants les plus caractéristiques de la conception d'un microscope. Les objectifs de microscope grossissent les images afin qu'elles puissent être vues facilement par l'œil humain via un oculaire ou par un système d'imagerie (par exemple, un objectif d'imagerie et une caméra). Les objectifs traditionnels sont de conception réfractive ; en d'autres termes, ils sont constitués d'une série de lentilles optiques. Cependant, le besoin d'optiques de focalisation à fort grossissement, corrigées chromatiquement de l'ultraviolet profond à l'infrarouge lointain, a incité l'industrie à développer des objectifs de microscope économiques et prêts à l'emploi pour ces longueurs d'onde – les objectifs réfléchissants, ou à miroir, sont la réponse. Ces objectifs utilisent une conception réfléchissante de deux miroirs ou plus pour focaliser la lumière ou former une image. Pour plus d'informations sur les objectifs en général, voir Understanding Microscopes and Objectives.

Le type d'objectif réfléchissant le plus courant est un objectif Schwarzschild à deux miroirs (Figure 1). Ce système comprend un miroir « secondaire » de petit diamètre, maintenu en position par une monture, et un miroir « secondaire » de large diamètre avec une ouverture centrale Les miroirs primaire et secondaire sont représentés avec des traitements en or pour mieux illustrer leur emplacement dans le boîtier de l'objectif réfléchissant. Ces objectifs à miroir sont disponibles en deux configurations : corrigés à l'infini pour les applications de focalisation et conjugués finis pour les applications d'imagerie.

Figure 1 : Anatomie d’un objectif de réflexion

TYPES D’OBJECTIF RÉFLÉCHISSANT

Objectifs réfléchissants corrigés à l'infini

Les objectifs réfléchissants corrigés à l'infini (Figure 2) sont idéaux pour les applications de focalisation. La lumière collimatée (par exemple, une source laser) entre dans l'objectif par l'ouverture centrale du miroir primaire et se focalise à la distance de travail spécifiée. Cette configuration constitue un moyen économique de focaliser des sources laser à large bande ou multiples en un seul point. Une application courante consiste à focaliser un laser infrarouge (IR) ou ultraviolet (UV) (tel qu'un laser Nd:YAG) qui incorpore un faisceau de référence visible.

Figure 2 : Conception de l'objectif réfléchissant corrigé à l'infini

Objectifs réfléchissants à conjugaison finie

Les objectifs réfléchissants à conjugaison finie (Figure 3) sont idéaux pour les applications d'imagerie. Ils constituent une solution simple qui ne nécessite pas l'utilisation d'une optique de focalisation supplémentaire. Cette configuration à base de miroirs à conjugaison finie offre une excellente résolution et peut généralement être utilisée de manière interchangeable avec les objectifs des microscopes réfractifs traditionnels. Les objectifs réfléchissants corrigés à l'infini peuvent être utilisés dans des applications d'imagerie avec l'ajout d'une lentille tube et offrent la possibilité d'introduire des optiques de manipulation du faisceau dans le trajet du faisceau.

Figure 3 : Conception d'objectifs réfléchissants à conjugaison finie

LES AVANTAGES DES CONCEPTIONS D’OBJECTIFS DE MICROSCOPE RÉFLÉCHISSANTS PAR RAPPORT À RÉFRACTIFS

Le principal avantage des objectifs réfléchissants par rapport à leurs homologues réfractifs est leur correction chromatique sur de larges plages spectrales. Les objectifs réfractifs qui offrent des performances similaires dans des domaines limités, par exemple le spectre visible, sont assez populaires. Cependant, lorsque la gamme de longueurs d'onde commence à dépasser la gamme de conception, les performances de transmission et d'image en pâtissent. En outre, il existe de nombreuses options de traitements réfléchissants qui permettent d'obtenir des performances inégalées dans l'UV profond, l'IR et à des longueurs d'onde laser spécifiques.

Spécifications importantes des objectifs réfléchissants

Lorsque l'on compare des objectifs réfléchissants, il faut tenir compte de deux paramètres propres à ces systèmes à miroir : l'obscurcissement et le front d'onde transmis. Dans les systèmes réfléchissants, il y a une partie centrale du miroir primaire qui ne transfère pas les rayons au miroir secondaire mais les renvoie à travers le déflecteur de lumière parasite. Pour éviter cela, de nombreux fabricants placent un traitement absorbant sur la partie centrale du miroir primaire. Il existe deux autres endroits où l'obscurcissement se produit, à savoir le diamètre du miroir primaire et la largeur des pattes de montage. Il est préférable d'inclure toute la contribution de l'obscurcissement dans la valeur indiquée, bien que certains fabricants n'incluent que la contribution de l'obscurcissement central. Par exemple, Edmund Optics^® inclut toute contribution de l'obscurcissement dans les spécifications des objectifs réfléchissants.

L'erreur de front d'onde transmis est peut-être le paramètre le plus important pour de nombreuses applications nécessitant un objectif réfléchissant. L'erreur de front d'onde transmis est la différence entre le front d'onde à son entrée et à sa sortie du système. Les progrès récents dans la fabrication des miroirs permettent de produire et de tester des surfaces de haute précision, créant ainsi des systèmes mieux corrigés. Il est possibles de réaliser des miroirs de l'ordre de λ/20 de pic en creux (P-V) et ceux-ci permettent la production d'objectifs réfléchissants qui ont un front d'onde transmis ≤ λ/4 P-V. Par exemple, Edmund Optics assure un montage fixe de tous les Objectifs Réfléchissants ReflX™ TECHSPEC^®, garantissant un front d'onde transmis λ/10 RMS sur la ligne standard et un front d'onde transmis λ/4 P-V sur la ligne haute performance. La ligne fixe des Objectifs Réfléchissants ReflX™ TECHSPEC^® est activement alignée et testée sur un interféromètre Zygo GPI-XP pour garantir que chaque objectif est conforme aux spécifications.

Cette faible erreur de front d'onde permet aux objectifs réfléchissants d'avoir des performances limitées ou quasi limitées par la diffraction. Les objectifs limités par la diffraction produisent une taille minimale de spot focalisé définie par la tache d'Airy, qui peut être calculée à l'aide de l'ouverture numérique (NA) de l'objectif et de la longueur d'onde :

Pour en savoir plus sur la tache d'Airy, veuillez vous reporter à notre note d'application Limitations on Resolution and Contrast: The Airy Disk.

Alors que les objectifs réfractifs traditionnels sont idéaux pour une gamme d'applications dans une bande de longueurs d'onde spécifiques, les objectifs réfléchissants peuvent être substitués pour augmenter les performances et la qualité de l'image dans les applications à large bande, de l'UV profond à l'IR lointain. Les objectifs réfléchissants sont idéaux pour les applications de FTIR, de focalisation laser et d'ellipsométrie où les performances limitées par la diffraction et la correction chromatique sont essentielles.