Microscope optique

Le microscope optique , souvent désigné sous le nom du " ; microscope" léger ; , est un type de microscope qui emploie la lumière visible et un système des objectifs pour magnifier des images de petits échantillons. Les microscopes optiques sont les plus vieux et les plus simples des microscopes.

Il y a des microscopes non-optiques, qui exigent la souillure de produit chimique ou d'ion des échantillons non-living, et peut magnifier exponentiellement plus grand que le microscope optique. Voir : Microscope à balayage électronique , microscope électronique de transmission de .

Configurations optiques

Il y a deux configurations de base de microscope optique en service, du simple (un objectif) et composé (beaucoup d'objectifs).

Microscope optique simple

Un microscope simple de est un microscope qui utilise seulement un objectif pour le rapport optique, et est le photomicroscope original. microscopes de s de Van Leeuwenhoek les 'se sont composés d'un objectif convexe de petit, simple monté sur un plat, avec un mécanisme pour juger l'échantillon ou le spécimen à examiner. Les démonstrations par le britannique Brian J. Ford de microscopiste ont produit des images étonnant détaillées à partir de tels instruments de base. Bien que maintenant considéré le primitif, l'utilisation d'un objectif simple et convexe pour le visionnement est encore trouvé dans les dispositifs simples de rapport optique, tels que la loupe , et la loupe .

Microscope optique composé

Le microscope composé utilise les objectifs multiples au rapport optique d'accroissement plus ultérieur. Le diagramme ci-dessous montre à un le microscope composé . Sous sa forme plus simple - comme employé par le Robert Hooke - le microscope composé tôt a eu un objectif objectif du en verre simple de la longueur focale court, et un objectif oculaire, ou l'oculaire . Un miroir simple a servi de source de lumière réfléchie.

Les microscopes modernes de cette sorte sont habituellement plus complexes, avec de nombreux composants d'objectif dans des assemblées d'objectif et d'oculaire. Ces objectifs à plusieurs éléments sont conçus pour réduire les aberrations optiques , en particulier les aberrations chromatiques de et les aberrations sphériques également, le miroir est remplacées par une unité de lampe, fournissant l'écurie, illumination contrôlable.

microscope composé

Histoire du microscope

voient également : Chronologie de la technologie de microscope

Il est difficile de dire qui a inventé le microscope composé. On dit que souvent des spectacle-fabricants hollandais Hans Janssen du et son Zacharias Janssen de fils inventent le premier microscope composé dans le 1590 , mais c'était une déclaration faite par Zacharias Janssen lui-même pendant les mi 1600s que la date est peu probable, car on lui a montré que Zacharias Janssen était réellement environ 1590 né. Un autre favori pour le titre du « inventeur du microscope » était Galileo Galilei . Il a développé un occhiolino de ou le microscope composé avec un corps convexe et un objectif concave dans le 1609 . Le microscope de Galilée a été célébré dans l'academy´ de ´Lynx fondé par Federico Cesi en 1603.

Le schéma de Francesco Stelluti de trois abeilles faisaient partie de joint urbain de ´s du VIII de pape, et comptent car la première figure microscopique a édité (voir le Stephen Jay Gould, les pierres menteuses de Marrakech, 2000). Le Christiaan Huygens , un autre Néerlandais, a développé un système oculaire simple de 2 objectifs vers la fin des 1600s qui était le achromatically corrigé, et donc d'un pas en avant énorme dans le développement de microscope. L'oculaire de Huygens est encore produit à ce jour, mais souffre d'une petite taille de champ, et d'autres problèmes mineurs.

Le Anton van Leeuwenhoek (1632-1723) est généralement crédité de porter le microscope à la connaissance des biologistes, quoique des objectifs d'agrandissement simples déjà aient été produits dans les 1500s. Les microscopes faits maison de Van Leeuwenhoek's étaient les instruments simples très petits, avec un objectif simple, pourtant fort. Ils étaient van Leeuwenhoek en service, mais permis maladroit pour voir des images détaillées. Cela a pris environ 150 ans de développement optique avant que le microscope composé ait pu fournir la même image de qualité que les microscopes simples de van Leeuwenhoek's, de dû aux difficultés opportunes de configurer les objectifs multiples. Toujours, en dépit des réclamations répandues, van Leeuwenhoek n'est pas l'inventeur du microscope.

Les composants du microscope

Tous les microscopes optiques partagent les mêmes composants de base :
L'oculaire - un cylindre contenant deux objectifs ou plus pour apporter l'image pour se focaliser pour l'oeil. L'oculaire est inséré dans l'extrémité supérieure du tube de corps. Les oculaires sont interchangeables et beaucoup de différents oculaires peuvent être insérés avec différents degrés de rapport optique. Les valeurs typiques de rapport optique pour des oculaires incluent 5x, 10x et 2x. Dans des quelques microscopes de haute performance, la configuration optique de l'objectif objectif et l'oculaire sont assortis pour donner la meilleure exécution optique. Ceci se produit le plus généralement avec des objectifs apochromatiques du .
L'objectif objectif - un cylindre contenant un ou plusieurs objectifs pour rassembler la lumière de l'échantillon. Au bas de gamme du tube de microscope un ou plusieurs objectifs objectifs sont vissés dans un morceau circulaire de nez qui peut être tourné pour choisir l'objectif objectif required. Les valeurs typiques de rapport optique des objectifs objectifs sont 4x, 5x, 10x, 20x, 40x, 80x et 100x. Quelques objectifs objectifs de haute performance peuvent exiger des oculaires assortis de fournir la meilleure exécution optique.
L'étape - une plate-forme au-dessous de l'objectif qui soutient le spécimen étant regardé. Au centre de l'étape est un trou circulaire par lequel la lumière passe pour illuminer le spécimen. L'étape a habituellement des bras pour tenir le les '' glissières '' (plaques de verre rectangulaires avec des dimensions typiques de 25 millimètres par 75 millimètres, sur lesquels le spécimen est monté).
La source d'illumination - au-dessous de l'étape, la lumière est fournie et commandée d'une série de manières. À son plus simple, le jour est dirigé par l'intermédiaire d'un miroir . La plupart des microscopes, cependant, ont leur propre source lumineuse contrôlable qui est focalisée par un circuit optique appelé un condensateur , avec les diaphragmes et les filtres disponibles pour contrôler la qualité et l'intensité de la lumière. Un tel condensateur s'appelle un condensateur d'Abbe .

La totalité de l'assemblée optique est fixée à un bras rigide qui alternativement est attaché à un pied en U robuste pour fournir la rigidité nécessaire. Le bras peut habituellement pivoter sur son joint avec le pied pour permettre à l'angle de visionnement d'être ajusté. Montées sur le bras sont des commandes pour se focaliser, typiquement une grande roue moletée pour ajuster le foyer brut, ainsi qu'une plus petite roue moletée sur le foyer d'amende de commande.

Les microscopes mis à jour peuvent avoir beaucoup plus de dispositifs, y compris l'illumination de transmission, la microscopie de contraste de phase de et la microscopie différentielle de contraste d'interférence de , et les appareils photo numériques.

Sur un microscope optique composé standard, il y a trois objectifs objectifs : un objectif de balayage (4×), objectif de puissance faible (10×) et objectif de puissance élevée (40×). Les microscopes avancés ont souvent un quatrième objectif objectif, appelé un l'objectif à immersion dans l'huile . Pour utiliser cet objectif, une baisse d'huile d'immersion est placée sur la glissade de couverture, et l'objectif est très soigneusement abaissé jusqu'à ce que l'élément objectif avant soit immergé dans le film d'huile. De tels objectifs d'immersion sont conçus de sorte que l'indice de réfraction d'huile et de la glissade de couverture soient étroitement assortis de sorte que la lumière soit transmise du spécimen au visage externe de l'objectif objectif avec la réfraction minimale. Un objectif à immersion dans l'huile a habituellement une puissance de 100×.

Le rapport optique réel de puissance ou de d'un microscope optique est le produit des puissances de l'oculaire (oculaire ), habituellement au sujet de 10×, et l'objectif objectif étant employé.

Les microscopes optiques composés peuvent produire une image magnifiée d'un spécimen jusqu'à 1000× et, aux rapports optiques élevés, sont employés pour étudier les spécimens minces car ils ont une profondeur de du champ très limitée .

Comment un microscope fonctionne

Les composants optiques d'un microscope moderne sont très complexe et pour qu'un microscope travaille bien, le chemin optique de totalité doit être très exactement installé et commandé. En dépit de ceci, les principes optiques de base d'un microscope sont tout à fait simples.

L'objectif objectif est, à son plus simple, un très haute puissance c. de loupe un objectif avec une longueur focale très courte. Ceci est apporté très étroitement au spécimen étant examiné de sorte que la lumière du spécimen vienne à un foyer environ 160 millimètres à l'intérieur du tube de microscope. Ceci crée une image agrandie du sujet. Cette image est inversée et peut être vue en enlevant l'oculaire et en plaçant un morceau de papier de traçage au-dessus de l'extrémité du tube. Par soigneux la focalisation d'une image plutôt faible du spécimen, beaucoup agrandie peut être vue. C'est cette vraie image qui est regardée par l'objectif d'oculaire qui fournit davantage d'agrandissement.

Dans des la plupart des microscopes, l'oculaire est un objectif composé, qui est fait de deux objectifs, un près de l'avant et un près du dos du tube d'oculaire. Ceci forme un couplet séparé par air. Dans beaucoup de conceptions, l'image virtuelle vient à un foyer entre les deux objectifs de l'oculaire, du premier objectif apportant la vraie image à un foyer et du deuxième objectif permettant à l'oeil de se concentrer sur l'image virtuelle.

Dans des tous les microscopes l'image est regardée avec les yeux focalisés à l'infini (esprit que la position de l'oeil dans le au-dessus de la figure est déterminée par le foyer de l'oeil). Les maux de tête et les yeux fatigués après utilisation d'un microscope sont habituellement des signes que l'oeil est forcé pour se focaliser à une distance étroite plutôt qu'à l'infini.

Microscope stéréo

voient également :

du microscope de comparaison Le le microscope de dissection stéréo de ou de est conçu différemment des diagrammes ci-dessus, et atteint un objectif différent. Il utilise deux chemins optiques séparés avec deux objectifs et deux oculaires pour fournir des angles de visionnement légèrement différents avec les yeux gauches et droits. De cette façon il produit une visualisation (à trois dimensions) tridimensionnelle du de l'échantillon étant examiné.

Le microscope stéréo est employé souvent pour étudier les surfaces des spécimens pleins ou pour effectuer étroitement travailler comme le tri, la dissection, la microchirurgie , horlogerie, petite fabrication de carte ou inspection de , et semblable.

La grandes distance de fonctionnement et profondeur du champ ici sont des qualités importantes pour ce type de microscope. Les deux qualités sont inversement corrélées avec la résolution : plus la résolution ( c. sont haute plus est courte la distance à laquelle deux points adjacents peut être distingué comme séparés), plus la profondeur du champ et distance de fonctionnement est petite. Un microscope stéréo a un rapport optique utile jusqu'à 100×. La résolution est au maximum dans l'ordre d'un objectif 10× moyen dans un microscope composé, et s'abaisse souvent beaucoup.

Le microscope stéréo ne devrait pas être confondu avec un microscope composé équipé des oculaires binoculaires. Dans un tel microscope les deux yeux voient la même image, mais les oculaires binoculaires fournissent un plus grand confort de visionnement. Cependant, l'image dans un tel microscope n'est aucun différent de cela obtenu avec un oculaire monoculaire simple.

Affichage numérique Avec les microscopes stéréo

Des collectes duelles visuelles récemment diverses d'appareil-photo de CCD ont été adaptées aux microscopes stéréo, permettant aux images d'être montrées sur un moniteur de haute résolution d'affichage à cristaux liquides. Le logiciel convertit les deux images en image integrated d'Anachrome 3D, pour regarder avec verres rouges/cyan en plastique, ou en processus convergé en travers pour les verres clairs et l'exactitude légèrement meilleure de couleur. Les résultats sont visualisables par un groupe portant les lunettes. Ces dossiers peuvent enregistré aussi bien.

Conceptions spéciales

voient également :

la microscopie D'autres types de microscope optique incluent :
le microscope inversé pour étudier des échantillons de dessous ; utile pour des cultures de cellules dans le liquide ;
le microscope d'étudiant de a conçu pour le coût bas, la longévité, et la facilité d'utilisation ;
le microscope de recherches de qui est un outil cher avec beaucoup de perfectionnements ;
le microscope pétrographique dont la conception inclut habituellement une étape de filtre polarisant, de rotation et le plat de gypse pour faciliter l'étude des minerais ou d'autres matériaux cristallins dont les propriétés optiques peuvent varier avec l'orientation.
le microscope de polarisation de
le microscope de fluorescence
le microscope de contraste de phase de

Limitations des photomicroscopes

Des microscopes optiques composés sont limités dans leur capacité de résoudre les détails fins par les propriétés de la lumière et les matières réfringentes employées pour fabriquer des objectifs. Un objectif magnifie en pliant le léger (voir la réfraction ). Des microscopes optiques sont limités dans leur capacité de résoudre des dispositifs par un phénomène appelé la diffraction qui, basée sur l'ouverture numérique (Na ou

A_N

) du système optique et des longueurs d'onde de la lumière utilisée (

\ lambda

), fixe une limite définie ( d ) à la résolution optique . Supposant que les aberrations optiques sont négligeables, la résolution ( d ) est donnée par : = de

d de  \ frac {\ lambda} {2 A_N}

Habituellement, un $\ lambda$ du 550 le nanomètre est assumé, correspondant à la lumière du vert . Avec de l'air comme milieu, le plus haut $A_N$ pratique est 0.95, et avec de l'huile, jusqu'à 1.

En raison de la diffraction, même le meilleur microscope optique est limité à une résolution d'environ 0.2 micromètre que d'autres conceptions optiques de microscope (microscopie d'épuisement d'émission stimulée de par exemple ) peut offrir à une résolution améliorée en observant le les particules luminescentes , qui n'est pas couvert par la limite de diffraction d'Abbe pour le microscope composé. La théorie de l'Abbe (par Abbe d'Ernst Karl de ) est basée sur le fait qu'une particule non-individu-lumineuse est illuminée par une source étrangère. Pour le travail de l'Abbe d'Ernst dans la photomicroscopie, voir le site Web moléculaire d'expressions chez http://micro.edu/optics/timeline/people/abbe.

Relier un appareil photo numérique à un microscope optique léger

Pour saisir des images numériques de microscope avec un appareil-photo numérique de SLR, l'appareil photo numérique doit s'adapter optiquement et mécaniquement au microscope. Un adapteur relie l'appareil-photo au microscope. Un raccordement mécanique ferme est particulièrement important, parce que même les plus petits mouvements (vibrations) de l'appareil-photo réduisent fortement la qualité d'image. En outre, le chemin léger doit être optiquement adapté de sorte qu'une image entièrement allumée et focalisée soit projetée à la sonde d'appareil-photo (CCD/CMOS). Il y a plusieurs méthodes pour attacher un appareil photo numérique à un microscope. Une solution est d'utiliser le phototube. Using l'adapteur, l'appareil photo numérique est vissé fermement sur le tube. Les deux oculaires continuent à être utilisés pour l'observation visuelle du spécimen. Malheureusement, presque tous les microscopes qui sont équipés d'un phototube sont très coûteux. Pour des buts simples, une autre option est de ne placer directement un appareil photo numérique, sans aucune adaptation, directement à l'oculaire, et de saisir une image avec une main régulière. En raison du manque d'adaptation optique, cependant, cette méthode produit une plus petite, vignetted image dans la plupart des cas. Vignettation signifie que les bords d'une image sont plus foncés que le centre. Cet effet cause seulement une petite pièce de la sonde d'être de façon optimale employée ; le repos demeure noir. Un plus professionnel, mais également une solution plus coûteuse est d'utiliser un adapteur de tube. Avec cette méthode, l'oculaire est enlevé et un adapteur est équipé dans le phototube de l'appareil photo numérique. L'adapteur agit en tant qu'interface mécanique et optique entre le microscope et l'appareil photo numérique. Ceci permet pour éviter des taches floues de mouvement dues aux effets de secousse et de vignettation d'appareil-photo, menant beaucoup à un plus de haute qualité de l'image.

Solutions de rechange à la microscopie optique

Afin de surmonter les limitations a placé par la limite de diffraction de la lumière visible on a conçu que d'autres microscopes qui emploient d'autres vagues.
Microscope électronique de transmission de
Microscope à balayage électronique
Microscope de rayon X de L'utilisation des électrons et des rayons X au lieu de la lumière permet une résolution beaucoup plus élevée - la longueur d'onde du rayonnement est plus courte ainsi la limite de diffraction est inférieure. Pour faire la sonde à ondes courtes non destructive, le système de formation image de faisceau atomique (nanoscope atomique ) est proposée et largement discutée dans la littérature, mais elle n'est pas encore concurrentielle avec les systèmes conventionnels de formation image.

Voir également

Illumination de Köhler de
objectif
Glissière de microscope de

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