Microscope optique
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Le microscope optique, souvent dénommé "microscope optique", est un type de microscope qui utilise la lumière visible et un système de lentilles pour agrandir des images de petits échantillons. Microscopes optiques sont la plus ancienne et la plus simple des microscopes.
Il existe des microscopes optiques non, qui nécessitent la coloration chimique ou ionique d'échantillons non vivants, et peut amplifier de façon exponentielle supérieur au microscope optique. Voir: Microscope électronique à balayage, Microscope électronique à transmission.
Configurations optiques
Il existe deux configurations de base de microscope optique à l'utilisation, de la simple (une lentille) et composé (nombreuses lentilles).
Microscope optique simple
Un microscope est un microscope simple, qui utilise seulement une lentille de grossissement, et est le microscope lumineux d'origine. Les microscopes de Van Leeuwenhoek consistaient en un petit, simple lentille convexe montée sur une plaque de cuivre, avec un mécanisme de vis pour maintenir l'échantillon ou d'un spécimen à examiner. Démonstrations par microscopie Colombie ont produit des images étonnamment détaillées de ces instruments de base. Bien que maintenant considéré primitive, l'utilisation d'une seule lentille convexe pour la visualisation se trouve encore dans les dispositifs de grossissement simples, tels que la loupe, et loupe. Microscope optique sont en mesure de voir des spécimens en couleur , un avantage important par rapport aux microscopes électroniques, en particulier pour analyse médico-légale.
Histoire du microscope
Il est difficile de dire qui a inventé le microscope composé. Lunetiers néerlandais Hans Janssen et son fils Zacharias Janssen sont souvent dit avoir inventé le premier microscope composé 1590, mais ce était une déclaration faite par Zacharias Janssen lui-même au cours de la mi 1600. La date est peu probable, car il a été démontré que Zacharias Janssen fait est né autour de 1590. Un autre favori pour le titre de «l'inventeur du microscope» était Galileo Galilei . Il a développé un Occhiolino ou microscope composé avec une forme convexe et une lentille concave Le microscope de 1609. Galileo a été célébrée dans la Accademia dei Lincei en 1624 et a été la première du genre à donner le nom de "microscope" une dernière année de son compatriote Lincean Jean Faber. Faber a inventé le nom des grecs (le micron) de mots qui signifie "petit", et σκοπεῖν (skopein) "signifie à regarder", un nom censé être analogus avec " télescope ", un mot inventé par les Linceans.
Christiaan Huygens, un autre Néerlandais, a développé un système oculaire 2-lentille simple, à la fin des années 1600 qui était achromatiquement corrigée, et donc un grand pas en avant dans le développement de microscope. L'oculaire Huygens est toujours produite à ce jour, mais souffre d'une petite taille du champ, et d'autres problèmes mineurs.
Anton van Leeuwenhoek (1632-1723) est généralement crédité d'amener le microscope à l'attention des biologistes, même si loupes simples étaient déjà produites dans les années 1500. Les microscopes faits maison de Van Leeuwenhoek étaient très petits instruments simples, avec un seul objectif encore forte,. Ils étaient maladroits dans l'utilisation, mais ont permis à van Leeuwenhoek pour voir des images détaillées. Il a fallu environ 150 années de développement optique avant microscope composé était en mesure de fournir la même qualité d'image que les microscopes simples de van Leeuwenhoek, en raison de difficultés en temps opportun de la configuration de plusieurs lentilles. Pourtant, malgré les affirmations répandues, van Leeuwenhoek est pas l'inventeur du microscope.
Les composants du microscope
1. lentille oculaire ou oculaire
2. revolver à objectifs
3. lentilles de l'objectif
4. bouton de réglage grossier
5. bouton de réglage fin
6. titulaire ou objet Stage
7. miroir
8. diaphragme et condenseur
Tous les microscopes optiques partagent les mêmes composants de base:
- Le oculaire - un cylindre contenant deux ou plusieurs lentilles pour amener l'image à se concentrer pour l'œil. L'oculaire est inséré dans l'extrémité supérieure du tube de corps. Les oculaires sont interchangeables et plusieurs oculaires différents peuvent être insérés avec des degrés différents de grossissement. Valeurs d'agrandissement typiques pour oculaires comprennent 5x, 10x et 2x. Dans certains microscopes à haute performance, la configuration optique de la lentille objectif et l'oculaire sont appariées pour donner la meilleure performance optique possible. Cela se produit le plus souvent avec objectifs apochromatiques.
- La lentille d'objectif - un cylindre contenant une ou plusieurs lentilles pour collecter la lumière provenant de l'échantillon. A l'extrémité inférieure du tube de microscope une ou plusieurs lentilles d'objectif sont vissés dans une pièce de nez circulaire qui peut être mis en rotation pour sélectionner la lentille objectif requis. Valeurs d'agrandissement typiques de lentilles d'objectif sont 4x, 5x, 10x, 20x, 40x, 80x et 100x. Certaines lentilles objectif de haute performance peuvent exiger oculaires adaptés pour offrir la meilleure performance optique.
- L'étape - une plate-forme ci-dessous l'objectif qui supporte l'échantillon étant considéré. Dans le centre de la scène est un trou circulaire par laquelle la lumière passe à éclairer l'échantillon. L'étape a généralement bras pour tenir diapositives (Les plaques de verre rectangulaires ayant des dimensions typiques de 25 mm par 75 mm, sur laquelle est monté l'échantillon).
- La source d'illumination - dessous de la scène, la lumière est fournie et contrôlée dans une variété de façons. À son plus simple, la lumière du jour est dirigé par un miroir. La plupart des microscopes, cependant, ont leur propre source de lumière contrôlable qui est focalisée par un dispositif optique appelé condenseur, avec diaphragmes et filtres disponibles pour gérer la qualité et l'intensité de la lumière.
L'ensemble de l'ensemble optique est fixé à un bras rigide qui est à son tour fixé à un pied en forme de U robuste pour fournir la rigidité nécessaire. Le bras est généralement capable de pivoter sur son articulation avec le pied pour permettre à l'angle de vision à régler. Monté sur le bras sont des contrôles de focalisation, généralement un grand mollette pour régler mise au point grossière, avec une molette pour contrôler plus petite mise au point fine.
Microscopes mises à jour peuvent avoir beaucoup plus de fonctionnalités, y compris l'éclairage de transmission, microscopie à contraste de phase et différentielle microscopie à contraste d'interférence, et des caméras numériques.
Sur un microscope optique composé standard, il existe trois lentilles d'objectif: une lentille de balayage (x 4), la lentille de puissance faible (10 ×) et la lentille de forte puissance (40 ×). Microscopes avancés ont souvent quart objectif, appelé lentille à immersion d'huile. Pour utiliser cet objectif, une goutte d'huile d'immersion est placé sur le dessus de la lamelle, et la lentille est très soigneusement abaissée jusqu'à ce que l'élément objectif avant est immergé dans le film d'huile. De telles lentilles d'immersion sont conçus de telle sorte que l'indice de réfraction de l'huile et de la lamelle sont étroitement adaptée de sorte que la lumière est transmise à partir de l'échantillon sur la face extérieure de la lentille d'objectif avec un minimum de réfraction. Une lentille à immersion d'huile a généralement une puissance de 100 ×.
La puissance réelle ou grossissement d'un microscope optique est le produit des puissances de l'oculaire ( oculaire), habituellement d'environ 10 ×, et la lentille d'objectif utilisé.
Microscopes optiques peuvent produire une image agrandie d'un spécimen jusqu'à 1000 × et, à fort grossissement, sont utilisés pour étudier les spécimens minces car ils ont une très limité profondeur de champ.
Comment fonctionne un microscope
Les composants optiques d'un microscope moderne sont très complexes et pour un microscope fonctionne bien, tout le chemin optique doit être réglé de façon très précise et contrôlée. Malgré cela, les principes de base optiques d'un microscope sont assez simples.
L'objectif est, à sa plus simple, un alimenté verre de très haute grossissant-à-dire un objectif avec une focale très courte. Ceci est provoqué très près de l'échantillon en cours d'examen de sorte que la lumière provenant de l'échantillon à une concentration entre environ 160 mm à l'intérieur du tube du microscope. Cela crée une image agrandie de l'objet. Cette image est inversée et peut être vu en retirant l'oculaire et en plaçant une feuille de papier calque sur l'extrémité du tube. En se concentrant attentivement un spécimen plutôt sombres, une image fortement agrandie peut être vu. Ce est cette l'image réelle qui est vu par la lentille d'oculaire qui fournit un nouvel élargissement.
Dans la plupart des microscopes, l'oculaire est une lentille composée, avec une lentille de composant à l'avant et une à l'arrière du tube d'oculaire. Cette forme un couplet d'air séparés. Dans de nombreux modèles, le image virtuelle est à une focalisation entre les deux lentilles de l'oculaire, la première lentille qui porte l'image réelle à une mise au point et la seconde lentille qui permet l'oeil de se concentrer sur l'image virtuelle.
Dans tous les microscopes l'image est regardée avec les yeux rivés à l'infini (l'esprit que la position de l'oeil dans le figure ci-dessus est déterminée par la mise au point de l'œil). Maux de tête et les yeux fatigués après avoir utilisé un microscope sont généralement signe que l'œil est forcé de se concentrer à une distance proche plutôt que à l'infini.
Microscope stéréoscopique
Le microscope stéréo ou dissection est conçu différemment des diagrammes ci-dessus, et sert un but différent. Il utilise deux voies optiques séparées avec deux objectifs et deux oculaires de fournir légèrement différents angles de vue pour les yeux gauche et droit. De cette manière, il produit une visualisation tridimensionnelle de l'échantillon en cours d'examen.
Le microscope stéréo est souvent utilisé pour étudier les surfaces de spécimens solides ou pour effectuer un travail de près telles que le tri, la dissection, microchirurgie, horlogerie, petit circuit fabrication ou inspection bord, et autres.
Contrairement aux microscopes composés, l'illumination dans un microscope stéréo utilise le plus souvent réfléchie (épiscopique) plutôt que l'éclairage transmis (diascopique) illumination, ce est la lumière réfléchie par la surface d'un objet plutôt que de lumière transmise à travers un objet. Utilisation de la lumière réfléchie par l'objet permet un examen de spécimens qui seraient trop épais ou autrement opaque pour la microscopie composé. Cependant, microscopes stéréo sont également capables d'éclairage en lumière transmise et, en général par une ampoule ayant miroir ou sous une scène transparente sous l'objet, mais contrairement à un microscope composé, l'illumination ne est pas focalisé transmis à travers un condenseur dans la plupart des systèmes. Stéréoscopes avec illuminateurs spécialement équipés peuvent être utilisés pour microscopie à fond noir sur le terrain, en utilisant soit la lumière réfléchie ou transmise.
Grande distance de travail et de la profondeur de champ ici sont des qualités importantes pour ce type de microscope. Les deux qualités sont inversement corrélés à la résolution: plus la résolution (ce est à dire plus la distance à laquelle deux points adjacents peuvent être distingués comme séparé), plus la profondeur de champ et la distance de travail. Microscope stéréo utile a un grossissement de 100 x. La résolution est au maximum de l'ordre d'un objectif de 10 × moyenne dans un microscope composé, et souvent beaucoup plus faible.
Il ya deux types de systèmes de grossissement en microscopes stéréo. L'une est fixe grossissement en grossissement primaire qui est atteint par un ensemble apparié de lentilles de l'objectif avec un degré de grossissement de jeu. L'autre est le zoom ou le grossissement pancratic, qui sont capables d'un degré variable en continu d'agrandissement sur une plage de jeu. systèmes de zoom peuvent réaliser de nouveaux agrandissement grâce à l'utilisation d'objectifs auxiliaires qui augmentent grossissement total par un facteur de jeu. Aussi, grossissement total dans les deux systèmes fixes et zoom peut être modifiée en changeant oculaires.
Le microscope stéréo ne doit pas être confondu avec un microscope composé équipée avec oculaires binoculaires. Dans un tel microscope deux yeux voient la même image, mais les oculaires binoculaires offrent un meilleur confort de visualisation. Cependant, l'image dans un tel microscope ne est pas différente de celle obtenue avec un seul oculaire monoculaire.
Affichage numérique avec microscopes stéréo
Récemment divers double CCD de la caméra vidéo micros ont été installés sur des microscopes stéréo, permettant les images pour être affichées sur un écran LCD haute résolution. Le logiciel convertit les deux images à une image 3D Anachrome intégré, pour regarder avec des lunettes rouge / cyan en plastique, ou le processus de convergence croix pour les verres clairs et un peu mieux la précision des couleurs. Les résultats sont visibles par un groupe portant les lunettes. Ces fichiers peuvent ainsi enregistrée.
Exécutions spéciales
D'autres types de microscope optique comprennent:
- la microscope inversé pour l'étude d'échantillons d'en bas; utile pour les cultures cellulaires à l'état liquide;
- la microscope étudiant conçu pour un faible coût, la durabilité et la facilité d'utilisation;
- le microscope de recherche qui est un outil coûteux avec de nombreuses améliorations;
- la microscope pétrographique dont la conception inclut habituellement un filtre polarisant, le stade et la plaque de plâtre en rotation pour faciliter l'étude des minéraux ou autres matériaux cristallins dont les propriétés optiques peuvent varier en fonction de l'orientation.
- le microscope polarisant
- la microscope à fluorescence
- la microscope à contraste de phase
Limitations de microscopes optiques
A très forts grossissements avec lumière transmise, objets ponctuels sont considérés comme des disques flous entourés anneaux de diffraction. Ils sont appelés Airy disques. La limite de résolution est donc prise comme la capacité de distinguer entre deux disques Airy étroitement espacés. Ce sont ces effets de diffraction qui limitent la capacité de résoudre des détails fins. L'étendue de la grandeur et des diagrammes de diffraction sont affectées à la fois par de la longueur d'onde de la lumière ( 
), Les matériaux utilisés pour la fabrication de réfraction de la lentille d'objectif et le ouverture numérique (NA ou 
) De la lentille d'objectif. Il existe donc une limite finie au-delà de laquelle il est impossible de régler des points séparés dans le champ de l'objectif. En supposant que les aberrations optiques dans l'ensemble optique set-up sont négligeables, la résolution d, est donné par:
Habituellement, un de 550 nm est supposé, correspondant à lumière verte. Avec l'air comme milieu, le plus pratique est 0,95, et avec de l'huile, jusqu'à 1,5. Dans la pratique la plus faible valeur de d est d'environ 0,2 pouvant être obtenu micromètres ou 200 nanomètres.
D'autres modèles de microscope optique (p.ex. Émission stimulée épuisement Microscopy) peut offrir une résolution améliorée lors de l'observation des particules auto-lumineux, qui ne est pas couvert par la limite de diffraction de l'abbé pour le microscope composé. La théorie de l'abbé (par Karl Ernst Abbe) est basée sur le fait qu'une particule non auto-lumineux est illuminé par une source étrangère. Pour le travail de Ernst Abbe en microscopie optique, consultez le site Web au Molecular Expressions http://micro.magnet.fsu.edu/optics/timeline/people/abbe.html.
Alternatives à la microscopie optique
Afin de surmonter les limites fixées par la limite de diffraction de la lumière visible d'autres microscopes ont été conçus qui utilisent d'autres ondes.
- Microscope électronique à transmission
- Microscopie électronique à balayage
- Microscope à rayons X
L'utilisation d'électrons et de rayons X à la place de la lumière permet une résolution beaucoup plus élevée - la longueur d'onde du rayonnement est plus court de sorte que la limite de diffraction est plus faible. Pour rendre la sonde courte longueur d'onde non destructive, le système de formation d'image de faisceau atomique ( Nanoscope atomique) est proposé et largement discuté dans la littérature, mais il ne est pas encore en concurrence avec des systèmes d'imagerie classiques.
