Principe de fonctionnement et éléments d'un microscope à composés (avec diagrammes)
Lisez cet article pour en savoir plus sur le principe de fonctionnement et les pièces d’un microscope à composés avec diagrammes!
Principe de fonctionnement:
Le microscope le plus couramment utilisé à des fins générales est le microscope à composé standard. Il grossit la taille de l'objet par un système complexe d'agencement de lentilles.
Il a une série de deux lentilles; (i) l'objectif proche de l'objet à observer et (ii) l'objectif oculaire ou l'oculaire, à travers lequel l'image est vue à l'œil nu. La lumière provenant d'une source lumineuse (miroir ou lampe électrique) traverse un objet fin et transparent (Figure 4.4).
La lentille d'objectif produit une "image réelle" agrandie de la première image) de l'objet. Cette image est à nouveau agrandie par la lentille oculaire (oculaire) pour obtenir une «image virtuelle» agrandie (image finale) visible à l’œil oculaire. Lorsque la lumière passe directement de la source à l'œil à travers les deux lentilles, le champ de vision est illuminé. C'est pourquoi; c'est un microscope à champ clair.
Parties d'un microscope composé:
Les parties d'un microscope composé sont de deux catégories comme indiqué ci-dessous:
(i) Pièces mécaniques:
Ce sont les pièces qui supportent les pièces optiques et facilitent leur réglage pour la mise au point (figures 4.5 et 4.6).
Les composants des pièces mécaniques sont les suivants:
1. Base ou support en métal:
Le microscope entier repose sur cette base. Le miroir, s'il est présent, y est adapté.
2. piliers:
C'est une paire d'élévations sur la base, par laquelle le corps du microscope est maintenu à la base
3. Joint d'inclinaison:
C'est une articulation mobile à travers laquelle le corps du microscope est maintenu à la base par les piliers. Le corps peut être plié au niveau de cette articulation dans n'importe quelle position inclinée, à la demande de l'observateur, pour une observation plus facile. Dans les nouveaux modèles, le corps est fixé de manière permanente à la base dans une position inclinée, ne nécessitant ainsi ni pilier ni joint.
4. bras courbé:
C'est une structure incurvée tenue par les piliers. Il maintient la scène, le tube du corps, le réglage fin et le réglage grossier.
5. tube de corps:
Il s'agit généralement d'un tube vertical tenant l'oculaire en haut et l'embout rotatif avec les objectifs en bas. La longueur du tube de tirage est appelée "longueur du tube mécanique" et est généralement de 140 à 180 mm (la plupart du temps à 160 mm).
6. Tube de tirage:
C'est la partie supérieure du tube du corps, légèrement plus étroite, dans laquelle l'oculaire est glissé pendant l'observation.
7. Ajustement grossier:
Il s’agit d’un bouton à pignon et crémaillère permettant de déplacer le tube du corps de haut en bas afin de centrer l’objet dans le champ visible. Lorsque la rotation du bouton d'un petit angle déplace le tube du corps sur une grande distance par rapport à l'objet, il peut effectuer un réglage grossier. Dans les microscopes modernes, il déplace la scène de haut en bas et le tube du corps est fixé au bras.
8. Réglage fin:
C'est un bouton relativement plus petit. Sa rotation sur un grand angle ne peut déplacer le tube du corps que sur une petite distance verticale. Il est utilisé pour un réglage précis afin d'obtenir l'image finale nette. Dans les microscopes modernes, un réglage précis est effectué en déplaçant la scène de haut en bas.
9. étape:
C'est une plate-forme horizontale faisant saillie du bras incurvé. Il comporte un trou au centre sur lequel l'objet à visualiser est placé sur une diapositive. La lumière provenant de la source lumineuse située sous la scène traverse l'objet pour atteindre l'objectif.
10. Platine mécanique (Slide Mover):
La platine mécanique comprend deux boutons avec mécanisme à pignon et crémaillère. La diapositive contenant l’objet y est clipsée et déplacée sur la scène en deux dimensions en faisant pivoter les boutons, de manière à focaliser la partie requise de l’objet.
11. Nosepiece tournant:
Il s’agit d’un disque rotatif situé au bas du tube avec trois ou quatre objectifs vissés. Les objectifs ont différents pouvoirs grossissants. Sur la base du grossissement requis, l’embout nasal est mis en rotation, de sorte que seul l’objectif spécifié pour le grossissement requis reste aligné avec le trajet de la lumière.
ii) Pièces optiques:
Ces pièces sont impliquées dans le passage de la lumière à travers l’objet et l’agrandissement de sa taille.
Les composants des pièces optiques sont les suivants:
1. Source de lumière:
Les microscopes modernes ont une source de lumière électrique intégrée dans la base. La source est connectée au secteur via un régulateur qui contrôle la luminosité du champ. Mais dans les anciens modèles, un miroir est utilisé comme source de lumière. Il est fixé à la base par un habitacle, à travers lequel il peut être tourné, de manière à faire converger la lumière sur l'objet. Le miroir est plan d'un côté et concave de l'autre.
Il devrait être utilisé de la manière suivante:
(une) Condenseur présent:
Seul le côté plan du miroir doit être utilisé, car le condenseur fait converger les rayons lumineux.
(b) Condenseur absent:
(i) lumière du jour:
Avion ou concave (l'avion est plus facile)
ii) Petite lumière artificielle:
Objectif haute puissance: côté avion
Objectif basse consommation: côté concave
2. diaphragme:
Si la lumière provenant de la source de lumière est brillante et que toute la lumière est autorisée à passer à l'objet à travers le condenseur, l'objet est brillamment éclairé et ne peut pas être visualisé correctement. Par conséquent, un diaphragme à iris est fixé sous le condenseur pour contrôler la quantité de lumière entrant dans le condenseur.
3. Condenseur:
Le condenseur ou le condensateur de sous-étage est situé entre la source de lumière et l’étage. Il comporte une série de lentilles pour converger sur l'objet, des rayons lumineux provenant de la source lumineuse. Après avoir traversé l'objet, les rayons lumineux pénètrent dans l'objectif.
La capacité d'un condensateur à "condenser la lumière", à "converger la lumière" ou "rassemblement de la lumière" est appelée "ouverture numérique du condenseur". De même, la capacité de "collecte de lumière" d'un objectif est appelée "ouverture numérique de l'objectif". Si le condensateur converge dans un angle large, son ouverture numérique est supérieure et inversement.
Si le condenseur a une ouverture numérique telle qu'il envoie de la lumière à travers l'objet avec un angle suffisamment grand pour remplir l'objectif arrière de l'objectif, l'objectif affiche son ouverture numérique la plus élevée (figure 4.7). Les condenseurs les plus courants ont une ouverture numérique de 1, 25.
Si l'ouverture numérique du condensateur est inférieure à celle de l'objectif, la partie périphérique de la lentille arrière de l'objectif n'est pas éclairée et la visibilité de l'image est médiocre. En revanche, si l’ouverture numérique du condenseur est supérieure à celle de l’objectif, la lentille arrière risque de recevoir trop de lumière, ce qui entraîne une diminution du contraste.
Il existe trois types de condenseurs comme suit:
(a) Condenseur d'Abbe (ouverture numérique = 1, 25): il est largement utilisé.
(b) Condenseur à focale variable (ouverture numérique = 1, 25)
c) Condenseur achromatique (ouverture numérique = 1, 40): il a été corrigé pour les aberrations sphériques et chromatiques et est utilisé dans les microscopes de recherche et les microphotographies.
4. Objectif:
C'est l'objectif le plus important dans un microscope. En règle générale, trois objectifs avec des puissances grossissantes différentes sont vissés sur l’embout rotatif.
Les objectifs sont:
a) objectif de faible puissance (X 10):
Il produit un grossissement de dix fois de l'objet.
b) Objectif à sec élevé (X 40):
Il donne un grossissement de quarante fois.
c) Objectif à immersion dans l'huile (X100):
Il donne un grossissement de cent fois, quand l'huile d'immersion remplit l'espace entre l'objet et l'objectif
L'objectif de numérisation (X4) est facultatif. Le grossissement principal (X4, X10, X40 ou X100) fourni par chaque objectif est gravé sur son barillet. Un anneau est gravé sur l’objectif à immersion dans l’huile vers le bout du baril.
Résoudre le pouvoir de l'objectif:
C’est la capacité de l’objectif de résoudre chaque point de l’objet minute en points largement espacés, de sorte que les points de l’image puissent être vus comme distincts et séparés les uns des autres, de manière à obtenir une image claire et non floue.
Il peut sembler qu'un très fort grossissement peut être obtenu en utilisant plus de lentilles à haute puissance. Bien que possible, l’image très grossie obtenue de cette manière est floue. Cela signifie que chaque point de l'objet ne peut pas être trouvé en tant que point distinct et séparé largement espacé sur l'image.
Une simple augmentation de la taille (grossissement plus important) sans possibilité de distinguer les détails structurels (résolution plus grande) a peu de valeur. Par conséquent, la limitation fondamentale des microscopes optiques n’est pas l’agrandissement, mais le pouvoir de résolution, la possibilité de distinguer deux points adjacents comme distincts et distincts, c’est-à-dire de résoudre les petits composants de l’objet en détails plus fins dans l’image.
Le pouvoir de résolution est fonction de deux facteurs, comme indiqué ci-dessous:
(une) Ouverture numérique (na)
(b) Longueur d'onde de la lumière (λ)
a) Ouverture numérique:
L'ouverture numérique est une valeur numérique qui concerne le diamètre de l'objectif par rapport à sa distance focale. Ainsi, il est lié à la taille de l’ouverture inférieure de l’objectif par laquelle la lumière entre. Dans un microscope, la lumière est focalisée sur l'objet en tant que crayon de lumière étroit, d'où elle entre dans l'objectif en tant que crayon divergent (Figure 4.8).
L'angle 9 sous-tendu par l'axe optique (la ligne joignant les centres de toutes les lentilles) et le rayon le plus extérieur encore recouvert par l'objectif est une mesure de l'ouverture appelée "demi-angle d'ouverture".
Un large crayon de lumière passant à travers l'objet "résout" les points de l'objet en points très espacés sur l'objectif, de sorte que l'objectif puisse produire ces points de manière distincte et séparée sur l'image. Ici, la lentille recueille plus de lumière.
D'autre part, un crayon de lumière étroit ne peut pas "résoudre" les points de l'objet en points très espacés sur la lentille, de sorte que la lentille produise une image floue. Ici, la lentille recueille moins de lumière. Ainsi, plus le crayon de lumière qui entre dans l'objectif (29) est large, plus son "pouvoir de résolution" est élevé.
L'ouverture numérique d'un objectif est sa capacité de collecte de lumière, qui dépend du site de l'angle 8 et de l'indice de réfraction du milieu existant entre l'objet et l'objectif.
Ouverture numérique (na) = n sin θ
Où,
n = indice de réfraction du milieu entre l'objet et l'objectif et
θ = demi-angle d'ouverture
Pour l'air, la valeur de 'n' est 1, 00. Lorsque l'espace entre la pointe inférieure de l'objectif et la diapositive portant l'objet est l'air, les rayons qui sortent de la lame de verre dans cet air sont courbés ou réfractés, de sorte qu'une partie de celui-ci ne passe pas dans l'objectif. Ainsi, la perte de certains rayons lumineux réduit l'ouverture numérique et diminue le pouvoir de résolution.
Cependant, lorsque cet espace est rempli d’une huile d’immersion, qui a un indice de réfraction supérieur (n = 1, 56) à celui de l’air (n = 1, 00), les rayons lumineux sont réfractés ou plus pliés vers l’objectif. Ainsi, plus de rayons lumineux pénètrent dans l'objectif et une résolution plus élevée est obtenue. Dans l'objectif à immersion dans l'huile, qui fournit le plus fort grossissement, la taille de l'ouverture est très petite.
Par conséquent, il faut que plus de rayons soient courbés dans l'ouverture, de sorte que l'objet puisse être résolu distinctement. C'est pourquoi les huiles d'immersion, telles que l'huile de bois de cèdre et l'huile de paraffine, sont utilisées pour combler le vide entre l'objet et l'objectif, tout en utilisant l'objectif d'immersion.
(b) longueur d'onde de la lumière (λ):
Plus la longueur d'onde de la lumière est petite (λ), plus grande est sa capacité à résoudre les points de l'objet en détails nettement visibles dans l'image. Ainsi, plus la longueur d'onde de la lumière est petite, plus son pouvoir de résolution est élevé.
Limite de résolution de l'objectif (d):
La limite de résolution d'un objectif (d) est la distance entre deux points quelconques les plus proches de l'objet microscopique, qui peut être résolue en deux points distincts et distincts sur l'image agrandie.
Les points dont la distance intermédiaire est inférieure à 'd' ou les objets inférieurs à 'd' ne peuvent pas être résolus en points distincts sur l'image. Si le pouvoir de résolution est élevé, les points très proches les uns des autres peuvent être considérés comme clairs et distincts.
Ainsi, la limite de résolution (la distance entre les deux points pouvant être résolus) est plus petite. Par conséquent, des objets plus petits ou des détails plus fins peuvent être vus, quand est plus petit. Le plus petit 'd' est obtenu en augmentant le pouvoir de résolution, lequel est obtenu en utilisant une longueur d'onde de lumière plus courte (λ) et une plus grande ouverture numérique.
Limite de résolution = d = λ / 2 na
Où,
λ = longueur d'onde de la lumière et
na = ouverture numérique de l'objectif.
Si λ vert = 0, 55 p et na = 1, 30, alors d = λ / 2 na = 0, 55 / 2 x 1, 30 = 0, 21 µ. Par conséquent, les plus petits détails qui peuvent être vus par un microscope optique typique ont une dimension d'environ 0, 2 µ. Des objets plus petits ou des détails plus fins que cela ne peuvent pas être résolus dans un microscope composé.
5. oculaire:
L'oculaire est un tambour qui s'insère librement dans le tube de tirage. Il agrandit l'image réelle agrandie formée par l'objectif en une image virtuelle encore fortement agrandie, visible par l'œil (Figure 4.9).
Habituellement, chaque microscope est doté de deux types d’oculaires ayant des grossissements différents (X10 et X25). Selon le grossissement requis, un des deux oculaires est inséré dans le tube de tirage avant la visualisation. Trois variétés d'oculaires sont généralement disponibles.
Ils sont le huygénien, l'hyper plane et le compensateur. Parmi eux, le Huygenian est très largement utilisé et efficace pour un faible grossissement. Dans cet oculaire, deux simples lentilles Plano-convexes sont fixées, l'une au-dessus et l'autre au-dessous du plan image de l'image réelle formée par l'objectif.
Les surfaces convexes des deux lentilles sont orientées vers le bas. La lentille vers l'objectif est appelée «lentille de champ» et celle vers l'œil, «lentille». Les rayons après avoir traversé le cristallin sortent par une petite zone circulaire appelée disque de Rams-den ou point de vision, où l’image est vue par l’œil.
Grossissement total:
Le grossissement total obtenu au microscope composé est le produit du grossissement objectif et du grossissement oculaire.
M t = M ob XM oc
Où,
M t = grossissement total,
M ob = grossissement objectif et
M oc = Grossissement oculaire
Si le grossissement obtenu par l'objectif (M ob ) est de 100 et celui par l'oculaire (M oc ) de 10, alors le grossissement total (M t ) = M ob XM oc = 100 X 10 = 1000. Ainsi, un objet de lq apparaîtra comme 1000 µ.
Grossissement utile:
C'est le grossissement qui rend visible la plus petite particule pouvant être résolue. Le grossissement utile dans un microscope optique est compris entre X1000 et X2000. Tout grossissement supérieur à X2000 rend l'image floue.
