L'utilisation de matériaux transparents pour agrandir des objets remonte à très loin dans l'histoire, mais la première illustration de verres pour lunettes date d'environ 1350. Les loupes pour la lecture sont antérieures à cette illustration, datant de la fin des années 1200. Malgré ces premières utilisations des lentilles, la découverte du monde microscopique des bactéries, des algues et des protozoaires a attendu près de 300 ans.
TL; DR (trop long; n'a pas lu)
Une différence entre une loupe et un microscope optique composé est qu'une loupe utilise une lentille pour agrandir un objet tandis qu'un microscope composé utilise deux lentilles ou plus. Une autre différence est que les loupes peuvent être utilisées pour visualiser des objets opaques et transparents, mais un le microscope composé nécessite que l'échantillon soit suffisamment fin ou transparent pour que la lumière passe à travers. De plus, une loupe utilise la lumière ambiante et les microscopes optiques utilisent une source lumineuse (provenant d'un miroir ou d'une lampe intégrée) pour éclairer l'objet.
Lentille grossissante et loupe
Les lentilles grossissantes sont utilisées depuis des siècles. Allumer des incendies et corriger une vision défectueuse ont été parmi les premières utilisations et fonctions de la loupe. Les utilisations documentées des lentilles ont commencé à la fin du XIIIe siècle avec des loupes et des lunettes pour aider les gens à lire, de sorte que l'association des lunettes avec les savants remonte au début des années 1300.
Les loupes utilisent une lentille convexe montée dans un support. Les verres convexes sont plus fins sur les bords qu'au milieu. Lorsque la lumière traverse la lentille, les rayons lumineux se courbent vers le centre. La loupe est focalisée sur l'objet lorsque les ondes lumineuses se rencontrent à la surface vue.
Simple contre Microscope composé
Un simple microscope utilise une seule lentille, les loupes sont donc de simples microscopes. Les microscopes stéréoscopiques ou à dissection sont généralement aussi de simples microscopes. Les microscopes stéréoscopiques utilisent deux oculaires ou oculaires, un pour chaque œil, pour permettre une vision binoculaire et fournir une vue tridimensionnelle de l'objet. Les microscopes stéréoscopiques peuvent également avoir différentes options d'éclairage, permettant à l'objet d'être éclairé par le dessus, le dessous ou les deux. Des loupes et des microscopes stéréoscopiques peuvent être utilisés pour visualiser des détails sur des objets opaques comme des roches, des insectes ou des plantes.
Les microscopes composés utilisent deux ou plusieurs lentilles d'affilée pour agrandir les objets à visualiser. En général, les microscopes composés exigent que l'échantillon à observer soit suffisamment mince ou suffisamment transparent pour que la lumière puisse passer à travers. Ces microscopes offrent un grossissement élevé, mais la vue est bidimensionnelle.
Microscope optique composé
Les microscopes optiques composés utilisent le plus souvent deux lentilles alignées dans le tube du corps. La lumière d'une lampe ou d'un miroir traverse un condenseur, l'échantillon et les deux lentilles. Le condenseur focalise la lumière et peut avoir un iris qui peut être utilisé pour ajuster la quantité de lumière traversant l'échantillon. L'oculaire ou l'oculaire contient généralement une lentille qui grossit l'objet pour qu'il paraisse 10 fois (également écrit 10x) plus grand. L'objectif ou l'objectif inférieur peut être changé en faisant pivoter une tourelle porte-objectifs qui contient trois ou quatre objectifs, chacun ayant un objectif avec un grossissement différent. Le plus souvent, les forces de l'objectif ont des grossissements de quatre fois (4x), 10 fois (10x), 40 fois (40x) et, parfois, 100 fois (100x). Certains microscopes optiques composés contiennent également une lentille concave pour corriger le flou sur les bords.
Mises en garde
N'utilisez jamais le soleil comme source de lumière si vous utilisez un microscope composé avec un miroir. La lumière du soleil focalisée à travers les lentilles causera des lésions oculaires.
Les microscopes optiques composés sont généralement des microscopes à fond clair. Ces microscopes transmettent la lumière du condenseur sous l'échantillon, rendant l'échantillon plus sombre par rapport au milieu environnant. La transparence des spécimens peut rendre les détails difficiles à voir en raison du faible contraste. Les échantillons sont donc souvent colorés pour un meilleur contraste.
Les microscopes à fond noir ont un condenseur modifié qui transmet la lumière sous un angle. La lumière inclinée offre un plus grand contraste pour voir les détails. Le spécimen semble plus clair que l'arrière-plan. Les microscopes à fond noir permettent de meilleures observations pour les spécimens vivants.
Les microscopes à contraste de phase utilisent des objectifs spéciaux et un condenseur modifié afin que les détails de l'échantillon apparaissent dans contraste avec le matériau environnant, même lorsque l'échantillon et le matériau environnant sont optiquement similaire. Le condenseur et l'objectif amplifient même de légères différences de transmission et de réfraction de la lumière, augmentant ainsi le contraste. Comme avec les microscopes à fond clair, l'échantillon apparaît plus sombre que le matériau environnant.
Trouver le grossissement des microscopes
La différence entre les grossissements des lentilles à main et des microscopes vient du nombre de lentilles. Avec une loupe ou une loupe à main, le grossissement est limité à l'objectif unique. Étant donné que l'objectif a une distance focale de l'objectif au point de focalisation, le grossissement est fixe. En 1673, Antony van Leeuwenhoek a présenté au monde ses minuscules « animalcules » à l'aide d'un simple microscope ou d'une lentille à main avec un grossissement de 300 fois (300x) la taille réelle. Bien que Leeuwenhoek ait utilisé un objectif bi-concave offrant une meilleure résolution (moins de distorsion) de l'image, la plupart des loupes utilisent un objectif convexe.
Trouver le grossissement dans les microscopes composés nécessite de connaître le grossissement de chaque lentille à travers laquelle l'image passe. Heureusement, les lentilles sont généralement marquées. Les microscopes de classe courants ont un oculaire qui grossit l'objet pour qu'il paraisse 10 fois (10x) plus grand que la taille réelle de l'objet. Les lentilles des objectifs des microscopes composés sont fixées à une tourelle nasale rotative afin que les téléspectateurs puissent modifier le niveau de grossissement en faisant pivoter la tourelle nasale vers un objectif différent.
Pour trouver le grossissement total, multipliez le grossissement des lentilles ensemble. Si vous regardez un objet à travers l'objectif à faible puissance, l'image sera agrandie 4x par la lentille de l'objectif et agrandie 10x par la lentille de l'oculaire. Le grossissement total sera donc :
4\x 10 = 40
ainsi l'image apparaîtra 40 fois (40x) plus grande que la taille réelle.
Au-delà du microscope et de la loupe
Les ordinateurs et l'imagerie numérique ont considérablement élargi la capacité des scientifiques à visualiser le monde microscopique.
Le microscope confocal pourrait techniquement être appelé un microscope composé car il a plus d'une lentille. Les lentilles et les miroirs focalisent les lasers pour produire des images des couches illuminées de l'échantillon. Ces images passent à travers des trous d'épingle où elles sont capturées numériquement. Ces images peuvent ensuite être stockées et manipulées pour analyse.
Les microscopes électroniques à balayage (MEB) utilisent un éclairage électronique pour balayer des objets plaqués or. Ces scans produisent des images tridimensionnelles en noir et blanc de l'extérieur des objets. Le SEM utilise une lentille électrostatique et plusieurs lentilles électromagnétiques.
Les microscopes électroniques à transmission (MET) utilisent également un éclairage électronique avec une lentille électrostatique et plusieurs lentilles électromagnétiques pour former des balayages de fines tranches à travers des objets. Les images en noir et blanc produites apparaissent en deux dimensions.
Importance des microscopes
Les lentilles sont antérieures aux premiers enregistrements de leur utilisation à la fin du 13ème siècle. La curiosité humaine a presque exigé que les gens remarquent la capacité des lentilles à examiner de très petits objets. L'érudit arabe du 10ème siècle Al-Hazen a émis l'hypothèse que la lumière voyageait en ligne droite et que la vision dépendait de la lumière réfléchie par les objets et dans les yeux du spectateur. Al-Hazen a étudié la lumière et la couleur à l'aide de sphères d'eau.
Cependant, la première photo de verres de lunettes (lunettes de vue) date d'environ 1350. L'invention du premier microscope composé est attribuée à Zacharias Janssen et à son père, Hans, dans les années 1590. À la fin de 1609, Galilée a retourné le microscope composé pour commencer ses observations du ciel au-dessus de lui, changeant de façon permanente la perception humaine de l'univers. Robert Hooke a utilisé son microscope optique composé lui-même pour explorer le monde microscopique, nommé le motif qu'il a vu dans les tranches de liège "cellules" et a publié ses nombreuses observations dans "Micrographia" (1665). Les études de Hooke et Leeuwenhoek ont finalement conduit à la théorie des germes et à la médecine moderne.