Glossaire de microscopie
Module 1
Analyseur
L’analyseur est un filtre polarisant identique au polariseur. Il est intégré sur les microscopes polarisants au niveau de la tête optique, entre les objectifs et les oculaires. Avec le polariseur situé en partie basse du microscope il constitue le dispositif de polarisation de l’appareil. Il est généralement escamotable et parfois orientable, permettant de le positionner à 90° par rapport au polariseur. Dans ce cas la lumière du microscope est dite polarisée-analysée (LPA). L’image observé dans les oculaires sera alors complètement noire si rien ne vient perturber le trajet de la lumière.
Biréfringence
La biréfringence définit la caractéristique d’un matériau à produire une double déviation (réfraction) de la lumière qui le traverse. Dans un matériau dépourvu d’organisation atomique spécifique, la lumière se comportera de manière homogène. On dit que cette matière est isotrope et sa biréfringence sera nulle. Dans un matériau comportant une organisation atomique selon un ou plusieurs axes au contraire, la lumière se comportera différemment selon l’orientation du matériau, c’est la biréfringence, on parle alors d’un matériau anisotrope.
Condenseur
Le condenseur est un élément des microscopes à lumière transmise. Il est constitué d’un ensemble de lentilles regroupées dans un bloc mobile comprenant également le diaphragme d’ouverture. Ce bloc est situé sous la platine tournante des microscopes droits, et la modification de sa hauteur peut avoir un impact sur la qualité de l’image et sa profondeur de champ.
Le condenseur diffuse la lumière en la faisant converger, formant ainsi un cône de lumière qui s’inversera après avoir traversé le spécimen. L’angle formé par ce cône dépendra de l’ouverture du diaphragme qui se trouve juste en dessous et qui doit être réglé en fonction de l’ouverture numérique (ON) de l’objectif utilisé.
Il existe plusieurs types de condenseurs avec des ouvertures numériques différentes et adaptés à des gammes de grossissements plus ou moins étendus.
Grossissement et grandissement
Le grossissement indique le rapport entre la taille d’un objet tel que nous pourrions l’observer directement avec l’œil humain, et la taille du même objet tel qu’il est projeté sur la rétine après avoir été grossis par des jeux de lentilles. Par exemple un objet observé sur un microscope à travers des oculaires X10 et dont l’image est transmise par un objectif X10 sera grossis 100 fois. Cela signifie que l’objet est vu comme s’il était 100 fois plus près que si nous le regardions à l’œil nu.
Le grandissement s’applique à des images agrandies d’un objet et sur lesquelles il est possible d’effectuer une mesure. En microscopie il s’agira de l’image capturée par une caméra numérique ou un appareil photo numérique et affichée sur un écran. Le grandissement définit le rapport entre la taille d’un objet à l’image et sa taille réelle. Par exemple pour un globule blanc de 15 µm de diamètre mesurant 15 mm (15000 µm) sur votre écran, le grandissement est défini par le rapport 15/15000/10, soit 1/1000. La plupart des microscopes optiques sont désormais équipés de moyens de capture numériques et de préréglages intégrant les grossissements des différents groupes de lentilles du microscope. Cela permet d’intégrer facilement une échelle aux images capturées et d’effectuer des mesures directement sur l’image « live » ou sur une acquisition numérique.
Halogène
Une lampe halogène est un modèle de lampe à incandescence dont le filament en tungstène qui produit la lumière est entourée d’une capsule de verre contenant un gaz halogène (gaz, ou brome). Ce type de gaz a la capacité de capturer les particules de tungstène évaporé par la chauffe du filament et de redéposer celles-ci sur le filament. Ces ampoules sont plus performantes (produisant une lumière plus intense) et plus durable (permettant de prolonger la durée de vie du filament).
Ces lampes produisent une lumière très intense ce qui en a fait pendant longtemps le choix privilégié pour les microscopes. Cependant elles sont également très consommatrices en énergie et produisent beaucoup de chaleur ce qui peut être problématique dans certains cas. Leur durée de vie est plus importante que leurs cousines, les lampes à incandescence, mais elles sont moins durables que les lampes à LED.
Iris à lamelles
L’iris à lamelle est un système d’obturation progressif généralement utilisé en photographie, dans le cinéma et également dans les systèmes optiques, en particulier dans les diaphragmes des microscopes. Il est composé d’un grand nombre de lamelles en métal ajustées les unes contre les autres et disposés de manière concentrique. Le resserrement de ces lamelles réduit l’espace central progressivement et ne manière homogène.
Lame mince
Une lame mince est un mode de préparation de spécimens afin qu’ils puissent être observés sur des microscopes à lumière transmise. L’objectif est d’avoir un spécimen assez fin pour que la lumière puisse le traverser ; L’exemple le plus simple est une goutte de sang posée sur une lame de verre et couverte avec une fine lamelle de verre.
Lorsque le spécimen est épais cela nécessite généralement un certain nombre d’opérations visant à le durcir, à le fixer et à l’amincir. Par exemple pour la préparation d’une lame mince sur une dent, celle-ci est incluse dans un bloc de résine transparente durcie, le spécimen est coupé dans la région d’intérêt, la surface de coupe est fixée sur une lame de verre et enfin le spécimen est aminci à une épaisseur de quelques dizaines de micromètres.
Lame à retard / lame d’onde
Une lame à retard est un filtre réalisé dans un cristal biréfringent, généralement du quartz. Elle est aussi appelée lame d’onde, lame lambda ou retardateur. Utilisée en insertion sur le chemin optique d’un microscope polarisant, entre le spécimen et l’analyseur celle-ci va modifier l’état de polarisation de la lumière en provoquant un déphasage de la vibration de la lumière.
Il existe plusieurs types de lames à retard induisant des déphasages plus ou moins important, lames d’onde (λ), demi-onde (λ/2), quart d’onde (λ/4).
LED (ou DEL)
Les éclairages LED (Light Emitting Mode) sont aujourd’hui très utilisés en microscopie et ils tendent à remplacer les autres technologies. Ce sont des diodes électroluminescentes (DEL), c’est-à-dire des composants électroniques qui produisent de la lumière par l’excitation d’électrons portés par le courant électrique et répétant à l’infini des mouvements d’aller-retour au sein de la diode.
Les lampes à LED consomment beaucoup moins d’énergie que les lampes à incandescence ou les lampes halogènes. Elles ont aussi une durabilité bien supérieure aux autres types de lampes et produisent une lumière claire avec une température de couleur proche de la lumière naturelle et constante. En revanche, le rendu des couleurs est moins bon qu’avec un éclairage halogène ou a incandescence.
Lentille
En optique, une lentille est un élément en verre permettant de collecter et de distribuer la lumière. Elle peut être convergente ou divergente. Les lentilles sont des éléments essentiels dans l’assemblage des microscopes, elles entrent par exemple dans la composition des objectifs ou des oculaires.
Lumière
La lumière comprend à la fois un caractère ondulatoire et corpusculaire, elle est à fois une onde et un faisceau de particules, des photons.
Les principales caractéristiques de l’onde lumineuse sont, 1) un axe de propagation de l’onde 2) une vibration de son champ électrique et de son champ magnétique.
Dans le vide, la lumière se propage à 299.792.458 m/s. Cette valeur est une constante de physique notée c signifiant « célérité ». Lorsqu’elle traverse un autre milieu, elle subit une déviation plus ou moins importante appelée réfraction. La capacité de réfraction du milieu est définie par un indice, l’indice de réfraction, noté n et aussi appelé indice optique.
La vibration du champ électrique de la lumière se produit dans toutes les directions perpendiculairement à l’axe de propagation de l’onde, mais il est possible de le forcer à ne vibrer que dans une seule direction en lui faisant traverser un filtre polarisant, la lumière est alors polarisée.
Par ailleurs, la longueur d’onde (λ) de la vibration du champ électrique peut varier et cette valeur aura un impact sur la couleur de la lumière. Une lumière dont le champ électrique vibre selon une seule longueur d’onde est dite monochromatique alors qu’une lumière blanche concernera un champ électrique vibrant dans toutes les longueurs d’onde.
Lorsqu’on parle de lumière, cela ne concerne que la partie visible du spectre électromagnétique avec des vibrations du champ électrique sur des longueurs d’onde comprises entre 400 et 780 nm (nanomètres). Les longueurs d’onde inférieures à 400 nm concernent les ultraviolets (UV) et les longueurs d’onde supérieures à 780 nm concernent les infrarouges (IR), les UV et les IR ne sont pas perceptibles par l’œil humain.
Mise au point
Dans un système optique, la mise au point consiste à déplacer le plan focal image afin d’obtenir une image nette d’un sujet présent dans le plan focal objet.
En microscopie cela est possible en général en utilisant les molettes de mise au point de l’appareil qui permettent d’éloigner ou de rapprocher le spécimen de l’objectif et donc d’obtenir une image nette de la région d’intérêt. Il existe généralement une molette de mise au point rapide permettant de déplacer rapidement la platine, et une molette de mise au point lente permettant de régler la mise au point avec plus de précision.
Monoculaire / binoculaire / trinoculaire
Beaucoup de microscopes sont équipés de deux oculaires au niveau de la tête optique, permettant à l’observateur de placer ses yeux et d’observer le spécimen avec une vision binoculaire, donc une vision naturelle.
Cependant, certains microscopes ne possèdent qu’un seul oculaire obligeant l’observateur à regarder le spécimen seulement avec un œil.
Il existe également des microscope trinoculaires, possédant en plus des deux oculaires, un trajet optique supplémentaire permettant une sortie de l’image vers un écran, une caméra ou un appareil photo.
A noter enfin que certains microscopes sont aujourd’hui dépourvus d’oculaires, ceux-ci ayant été remplacés par un système d’acquisition numérique. Les observations s’effectuent alors exclusivement sur écran.
Objectif
L’objectif en microscopie est un élément important du dispositif optique. Cet élément constitué d’un assemblage de lentilles, est situé au-dessus du spécimen sur les microscopes droits afin de collecter le cône de lumière provenant du condenseur après que celui ait traversé le spécimen en s’inversant.
Il existe une grande variété d’objectifs dont les caractéristiques principales suivantes (généralement inscrites sur le corps de l’objectif) auront un impact sur la qualité de l’image transmise à l’observateur et imposeront parfois des conditions d’usage spécifiques : correction géométrique et/ou chromatique, grossissement, ouverture numérique (ON), milieu d’immersion, objectif spécial, longueur du tube, épaisseur de lamelle, distance de travail (WD).
Platine tournante
La platine tournante est un élément constitutif des microscopes polarisants et spécifique à ceux-ci. Il s’agit du plateau rotatif situé sur le trajet optique juste avant les objectifs et destiné à recevoir la lame mince contenant le spécimen à étudier. Les capacités de rotation de la platine tournante permettent d’exploiter tout le potentiel de l’observation en lumière polarisée-analysée, avec ou sans lame à retard. La platine tournante peut également être équipée d’un porte-lame qui assure un maintien de la lame mince sur la platine, et un déplacement contrôlé de celle-ci.
Polariseur / polarisation
Un polariseur est un filtre qui polarise la lumière qui le traverse. Sur les microscopes polarisants à lumière transmise, il constitue le premier élément du dispositif de polarisation. Situé proche de la source lumineuse du microscope il est souvent fixe et est complété par un deuxième filtre similaire – l’analyseur - orienté perpendiculairement au polariseur.
Un filtre polarisant agit sur les oscillations du champ électrique de la lumière. En sortie d’un polariseur linéaire par exemple (ceux généralement utilisés sur les microscopes polarisants), le champ électrique ne vibrera plus dans toutes les directions mais dans une seule, la lumière est alors dite polarisée.
Profondeur de champ
La profondeur de champ (DOF) est la capacité d’un système optique, à maintenir sur une certaine profondeur, une image nette d’un objet, depuis les éléments nets situés le plus en avant jusqu’à ceux situé le plus en arrière. Plus la profondeur de champ est faible, plus la zone de netteté est réduite. C’est un concept bien connu en photographie et souvent utilisé à des fins esthétiques.
En microscopie, la profondeur de champ dépendra de l’objectif utilisé et des réglages du microscope, mais généralement - en microscopie comme en photographie - plus le grossissement est important, plus la profondeur de champ est faible.
Il est parfois possible de compenser une profondeur de champ insuffisante en faisant du « focus stacking », c’est-à-dire en prenant plusieurs vues du même objet sur différents plans focaux et en combinant ensuite les parties nettes des différentes images afin d’obtenir une image avec une grande profondeur de champ.
Température de couleur
La température de couleur est une valeur permettant de connaitre la teinte générale d’un éclairage. Elle est exprimée en kelvins (K) sur une échelle allant de couleurs chaudes (teintes rouges) à des couleurs froides (teintes bleues). Les ampoules à incandescence produisent par exemple des lumières chaudes (autour de 2700k) proches des teintes de la lumière d’une bougie, tandis que les ampoules LED peuvent produire des lumières avec des teintes proches de celle de la lumière du jour (6500 k).
Tête optique
La tête optique est la partie supérieure d’un microscope droit, celle qui peut accueillir les oculaires, une sortie trinoculaire, un système d’acquisition (caméra, appareil photo), certains filtres tel que l’analyseur et la lame à retard.
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