Microscopie optique

La microscopie optique fournit un grossissement allant jusqu'à 2 à 3 000 fois, une image couleur et animée d'un objet vivant, la possibilité d'un microcinéma et une observation à long terme du même objet, une évaluation de sa dynamique et de sa chimie.

Les principales caractéristiques de tout microscope sont la résolution et le contraste. La résolution est la distance minimale à laquelle deux points peuvent être vus séparément par un microscope. La résolution de l'œil humain dans le meilleur mode de vision est de 0,2 mm.

Le contraste de l'image est la différence entre la luminosité de l'image et l'arrière-plan. Si cette différence est inférieure à 3 - 4%, il est impossible de la saisir ni à l'œil ni avec une plaque photographique; alors l'image restera invisible même si le microscope résout ses détails. Le contraste est influencé à la fois par les propriétés de l'objet, qui modifient le rendement lumineux par rapport à l'arrière-plan, et par la capacité de l'optique à capturer les différences résultantes dans les propriétés du faisceau.

Les possibilités d'un microscope optique sont limitées par la nature ondulatoire de la lumière. Les propriétés physiques de la lumière - couleur (longueur d'onde), luminosité (amplitude d'onde), phase, densité et direction de propagation des ondes changent en fonction des propriétés de l'objet. Ces différences sont utilisées dans les microscopes modernes pour créer un contraste.

Le grossissement d'un microscope est défini comme le produit du grossissement de l'objectif et du grossissement de l'oculaire. Les microscopes de recherche typiques ont un grossissement d'oculaire de 10 et des grossissements d'objectif de 10, 45 et 100. En conséquence, le grossissement d'un tel microscope est de 100 à 1000. Certains microscopes ont un grossissement allant jusqu'à 2000. Un grossissement encore plus élevé le grossissement n'a pas de sens, puisque cette résolution ne s'améliore pas. Au contraire, la qualité de l'image se dégrade.

L'ouverture numérique est utilisée pour exprimer la résolution d'un système optique ou l'ouverture d'un objectif. Ouverture de l'objectif - l'intensité de la lumière par unité de surface de l'image est approximativement égale au carré de NA. La valeur NA est d'environ 0,95 pour un bon objectif. Le microscope est généralement conçu pour que son grossissement total soit d'environ 1000 NA. Si un liquide (huile ou, plus rarement, eau distillée) est introduit entre l'objectif et l'échantillon, le résultat est un objectif "à immersion" avec une valeur NA aussi élevée que 1,4, avec une amélioration correspondante de la résolution.

Méthodes de microscopie optique

Méthodes de microscopie optique (éclairage et observation). Les méthodes de microscopie sont choisies (et fournies de manière constructive) en fonction de la nature et des propriétés des objets étudiés, car ces derniers, comme indiqué ci-dessus, affectent le contraste de l'image.

Méthode de fond clair et ses variétés

La méthode de fond clair en lumière transmise est utilisée dans l'étude de préparations transparentes avec des particules absorbantes (absorbant la lumière) et des détails inclus dans celles-ci. Il peut s'agir, par exemple, de fines lamelles colorées de tissus animaux et végétaux, de fines lamelles de minéraux, etc. En l'absence de préparation, le faisceau lumineux du condenseur, traversant la lentille, donne un champ uniformément éclairé près plan focal de l'oculaire. En présence d'un élément absorbant dans la préparation, il se produit une absorption partielle et une diffusion partielle de la lumière incidente sur celui-ci, ce qui provoque l'apparition de l'image. Il est également possible d'utiliser la méthode lors de l'observation d'objets non absorbants, mais uniquement s'ils diffusent le faisceau d'éclairage si fortement qu'une partie importante de celui-ci n'entre pas dans la lentille.

La méthode d'éclairage oblique est une variante de la méthode précédente. La différence entre eux est que la lumière est dirigée vers l'objet sous un grand angle par rapport à la direction d'observation. Parfois, cela aide à faire ressortir le "relief" de l'objet dû à la formation d'ombres.

La méthode du champ clair en lumière réfléchie est utilisée dans l'étude d'objets opaques réfléchissant la lumière, tels que des sections minces de métaux ou de minerais. L'éclairage de la préparation (à partir de l'illuminateur et d'un miroir translucide) s'effectue par le haut, à travers la lentille, qui joue simultanément le rôle de condenseur. Dans l'image créée dans le plan par la lentille avec la lentille tube, la structure de la préparation est visible en raison de la différence de réflectivité de ses éléments ; en fond clair, on distingue également les inhomogénéités, diffusant la lumière incidente sur elles.

La méthode du champ noir et ses variétés

La microscopie à fond noir est utilisée pour obtenir des images d'objets transparents et non absorbants qui ne peuvent pas être vus en utilisant la méthode à fond clair. Ce sont souvent des objets biologiques. La lumière de l'illuminateur et du miroir est dirigée vers la préparation par un condenseur de conception spéciale - le soi-disant. condenseur à fond noir. Après avoir quitté le condenseur, la partie principale des rayons lumineux, qui n'a pas changé de direction lors du passage à travers une préparation transparente, forme un faisceau en forme de cône creux et n'entre pas dans l'objectif (qui est situé à l'intérieur de ce cône) . L'image au microscope est formée à l'aide d'une petite partie seulement des rayons diffusés par les microparticules du médicament situées sur la lame de verre à l'intérieur du cône et passées à travers la lentille. La microscopie à fond noir est basée sur l'effet Tyndall, dont un exemple bien connu est la détection de particules de poussière dans l'air lorsqu'il est éclairé par un faisceau étroit de lumière solaire. Dans le champ de vision sur fond sombre, des images claires des éléments de la structure de préparation sont visibles, qui diffèrent de l'environnement par l'indice de réfraction. Pour les grosses particules, seuls les bords brillants sont visibles, diffusant les rayons lumineux. Avec cette méthode, il est impossible de déterminer par l'aspect de l'image si les particules sont transparentes ou opaques, si elles ont un indice de réfraction supérieur ou inférieur par rapport à l'environnement.

Réalisation d'une étude en champ noir

Les lames ne doivent pas être plus épaisses que 1,1-1,2 mm, les lamelles 0,17 mm, sans rayures ni saletés. Lors de la préparation de la préparation, il convient d'éviter la présence de bulles et de grosses particules (ces défauts seront visibles fortement lumineux et ne permettront pas d'observer la préparation). Pour le fond noir, des illuminateurs plus puissants et l'incandescence maximale de la lampe sont utilisés.

La configuration de l'éclairage en fond noir est essentiellement la suivante :

Réglez la lumière selon Koehler;

Remplacez le condenseur à fond clair par un condenseur à fond noir ;

De l'huile d'immersion ou de l'eau distillée est appliquée sur la lentille supérieure du condenseur ;

Soulevez le condenseur jusqu'à ce qu'il entre en contact avec la surface inférieure de la lame de verre ;

Une lentille à faible grossissement est focalisée sur la préparation ;

À l'aide de vis de centrage, un point lumineux est transféré au centre du champ de vision (ayant parfois une zone centrale assombrie);

En montant et en abaissant le condenseur, la zone centrale assombrie disparaît et un point lumineux uniformément éclairé est obtenu.

Si cela échoue, il est nécessaire de vérifier l'épaisseur de la lame (ce phénomène se produit généralement lors de l'utilisation de lames trop épaisses - le cône de lumière est focalisé dans l'épaisseur du verre).

Après le réglage correct de la lumière, une lentille du grossissement souhaité est installée et la préparation est examinée.

La méthode d'ultramicroscopie est basée sur le même principe - les préparations dans les ultramicroscopes sont éclairées perpendiculairement à la direction d'observation. Avec cette méthode, il est possible de détecter (mais pas littéralement "d'observer") des particules extrêmement petites, dont la taille se situe bien au-delà de la résolution des microscopes les plus puissants. À l'aide d'ultramicroscopes à immersion, il est possible d'enregistrer la présence dans la préparation de particules dont la taille peut atteindre 2 × 10 à -9 m, mais la forme et les dimensions exactes de ces particules ne peuvent pas être déterminées à l'aide de cette méthode. Leurs images se présentent à l'observateur sous la forme de taches de diffraction dont la taille ne dépend pas de la taille et de la forme des particules elles-mêmes, mais de l'ouverture de l'objectif et du grossissement du microscope. Étant donné que ces particules diffusent très peu de lumière, des sources de lumière extrêmement puissantes, telles qu'un arc électrique au carbone, sont nécessaires pour leur éclairage. Les ultramicroscopes sont principalement utilisés en chimie des colloïdes.

Méthode de contraste de phase

La méthode de contraste de phase et sa variété - la soi-disant. la méthode de contraste "anoptrale" est conçue pour obtenir des images d'objets transparents et incolores qui sont invisibles lorsqu'ils sont observés en utilisant la méthode de fond clair. Ceux-ci comprennent, par exemple, des tissus animaux vivants non colorés. L'essence de la méthode est que même avec de très petites différences dans les indices de réfraction des différents éléments du médicament, l'onde lumineuse qui les traverse subit différents changements de phase (acquiert le soi-disant relief de phase). Non perçus directement ni par l'œil ni par la plaque photographique, ces changements de phase sont convertis à l'aide d'un dispositif optique spécial en changements d'amplitude de l'onde lumineuse, c'est-à-dire en changements de luminosité ("amplitude relief"), qui sont déjà discernable à l'oeil ou fixé sur la couche photosensible. En d'autres termes, dans l'image visible résultante, la répartition des luminosités (amplitudes) reproduit le relief de phase. L'image résultante est appelée contraste de phase.

Le dispositif de contraste de phase peut être monté sur n'importe quel microscope optique et se compose de :

Un ensemble de lentilles avec des plaques de phase spéciales ;

Condenseur à disque rotatif. Il comporte des diaphragmes annulaires correspondant aux lamelles de phase de chacune des lentilles ;

Télescope auxiliaire pour régler le contraste de phase.

Le réglage du contraste de phase est le suivant :

Remplacez les lentilles et le condenseur du microscope par des lentilles de phase (indiquées par les lettres Ph);

Installez une lentille à faible grossissement. Le trou dans le disque du condenseur doit être sans diaphragme annulaire (marqué du chiffre "0");

Ajustez la lumière selon Koehler;

Choisissez une lentille de phase du grossissement approprié et concentrez-la sur la préparation ;

Tourner le disque du condenseur et régler le diaphragme annulaire correspondant à l'objectif ;

Chose h placé légèrement plus loin que le foyer avant de l'objectif. la lentille donne réel, inverse, agrandi image H’ situé entre le foyer avant de l'oculaire et le centre optique de l'oculaire. Cette image intermédiaire est vue à travers l'oculaire comme à travers une loupe. l'oculaire donne imaginaire, direct, agrandi image H, qui se situe à la meilleure distance de vision S ≈ 25 cm du centre optique de l'œil.

Nous examinons cette image avec l'œil, sur sa rétine un réel, inverse, réduit image.

Grossissement au microscope est le rapport des dimensions de l'image imaginaire aux dimensions de l'objet vu au microscope :
. Multipliez le numérateur et le dénominateur par la taille de l'image intermédiaire H’ :
. Ainsi, le grossissement d'un microscope est égal au grossissement de l'objectif multiplié par le grossissement de l'oculaire. Grossissement de l'objectif peut être exprimé en termes de caractéristiques du microscope en utilisant la similarité des triangles rectangles
, où L  optique longueur du tube: distance entre le foyer arrière de l'objectif et le foyer avant de l'oculaire (en supposant que L >> F sur). Grossissement de l'oculaire
. Par conséquent, le grossissement du microscope est :
.

4. Résolution et limite de résolution du microscope. Les phénomènes de diffraction au microscope, le concept de la théorie d'Abbe.

Limite de résolution du microscopez - c'est la plus petite distance entre deux points d'un objet vu au microscope, lorsque ces points sont encore perçus séparément. La limite de résolution d'un microscope biologique conventionnel se situe entre 3 et 4 µm. Résolution Le microscope est appelé la capacité de donner une image séparée de deux points étroitement espacés de l'objet à l'étude, c'est-à-dire qu'il s'agit de l'inverse de la limite de résolution.

La diffraction de la lumière impose une limite à la capacité de distinguer les détails des objets lorsqu'ils sont observés au microscope. Comme la lumière ne se propage pas en ligne droite, mais contourne des obstacles (dans ce cas, les objets considérés), les images de petits détails d'objets sont floues.

E. Abbe a suggéré théorie de la diffraction de la résolution du microscope. Soit l'objet que nous voulons examiner au microscope soit un réseau de diffraction de période ré. Alors le détail minimum de l'objet, que nous devons distinguer, sera justement la période du réseau. La diffraction de la lumière se produit sur le réseau, mais le diamètre de l'objectif du microscope est limité, et à de grands angles de diffraction, toute la lumière qui a traversé le réseau n'entre pas dans l'objectif. En réalité, la lumière de l'objet se propage vers la lentille dans un certain cône. L'image résultante est plus proche de l'original, plus il y a de maxima impliqués dans la formation de l'image. La lumière de l'objet se propage vers la lentille depuis le condenseur sous la forme d'un cône, qui se caractérise par ouverture angulaire tu- l'angle sous lequel la lentille est visible depuis le centre de l'objet considéré, c'est-à-dire l'angle entre les rayons extrêmes du faisceau lumineux conique entrant dans le système optique. Selon E. Abbe, pour obtenir une image d'un réseau, même le plus flou, des rayons de deux ordres quelconques du diagramme de diffraction doivent pénétrer dans la lentille, par exemple, des rayons qui forment le centre et au moins le premier diffraction maximum. Rappelons que pour l'incidence oblique des rayons sur un réseau de diffraction, sa formule principale a la forme : . Si la lumière tombe à un angle , et l'angle de diffraction pour premier maximuméquivaut à
, alors la formule prend la forme
. La constante du réseau de diffraction doit être prise au-delà de la limite de résolution du microscope, puis
où  est la longueur d'onde de la lumière.

Comme on peut le voir à partir de la formule, une façon de réduire la limite de résolution d'un microscope est d'utiliser une lumière avec une longueur d'onde plus courte. À cet égard, un microscope ultraviolet est utilisé, dans lequel les micro-objets sont examinés aux rayons ultraviolets. Le schéma optique principal d'un tel microscope est similaire à celui d'un microscope conventionnel. La principale différence réside dans l'utilisation de dispositifs optiques transparents à la lumière UV et dans les caractéristiques d'enregistrement des images. Comme l'œil ne perçoit pas le rayonnement ultraviolet (en plus, il brûle les yeux, c'est-à-dire qu'il est dangereux pour l'organe de la vision), on utilise alors des plaques photographiques, des écrans luminescents ou des convertisseurs électron-optiques.

Si un milieu liquide spécial, appelé immersion, la limite de résolution est également réduite :
, où n est l'indice de réfraction absolu d'immersion, UNE – ouverture numérique de l'objectif. L'eau est utilisée comme immersion n = 1.33), huile de cèdre ( n= 1,515), monobromonaphtalène ( n = 1.66), etc. Une lentille spéciale est fabriquée pour chaque type d'immersion, et elle ne peut être utilisée qu'avec ce type d'immersion.

Une autre façon de réduire la limite de résolution d'un microscope consiste à augmenter l'angle d'ouverture. Cet angle dépend de la taille de la lentille et de la distance entre l'objet et la lentille. Cependant, la distance entre l'objet et la lentille ne peut pas être modifiée arbitrairement, elle est constante pour chaque lentille et il est impossible de rapprocher l'objet. Dans les microscopes modernes, l'angle d'ouverture atteint 140 o (respectivement, tu/2 = 70o). Avec un tel angle, on obtient des ouvertures numériques maximales et des limites de résolution minimales.

Les données sont données pour l'incidence oblique de la lumière sur un objet et une longueur d'onde de 555 nm, à laquelle l'œil humain est le plus sensible.

Veuillez noter que l'oculaire n'affecte en rien la résolution du microscope, il ne crée qu'une image agrandie de l'objectif.

Le pouvoir de résolution d'un microscope est caractérisé par l'inverse de la limite de résolution linéaire. Selon la théorie de la diffraction d'Abbe, la limite de résolution linéaire d'un microscope, c'est-à-dire la distance minimale entre les points d'un objet qui sont représentés comme séparés, est déterminée par la formule

où est la limite de résolution linéaire ; la longueur d'onde de la lumière dans laquelle l'observation est faite ; A est l'ouverture numérique, ou simplement l'ouverture, d'un microscope (microobjectif).

De la formule (324) il découle que pour augmenter la résolution du microscope, il est nécessaire de réduire la longueur d'onde de la lumière et d'augmenter l'ouverture numérique du microscope. La première possibilité est réalisée en photographiant les objets étudiés sous rayonnement ultraviolet.

L'ouverture d'un microscope est déterminée par la formule

Une autre possibilité d'augmenter l'ouverture est l'utilisation d'un liquide d'immersion placé entre l'objet considéré et le microobjectif. En tant que tel liquide, de l'eau, de l'huile de cèdre, du monobromonaphtalène est utilisé.

Pour que l'œil de l'observateur utilise pleinement la résolution du microscope, déterminée par la formule (324), il est nécessaire d'avoir un grossissement apparent approprié. Si deux points du plan focal avant du système optique sont situés à une distance linéaire l'un de l'autre (Fig. 157), alors

Riz. 157. Schéma pour déterminer le grossissement utile d'un microscope

la distance angulaire entre ces points dans l'espace image

L'œil de l'observateur percevra ces points comme séparés si la distance angulaire entre eux n'est pas inférieure à la limite angulaire de la résolution de l'œil

Des formules (325), (324) et (317) il s'ensuit que le grossissement apparent du microscope

Selon la dernière formule, on peut déterminer le grossissement apparent minimum auquel l'œil de l'observateur utilisera pleinement la résolution du microscope. Cette augmentation est dite bénéfique. Lors de l'utilisation de la formule (326), il convient de garder à l'esprit que dans de nombreux cas, le diamètre de la pupille de sortie du microscope est Cela conduit à une augmentation de la limite de résolution angulaire de l'œil pour obtenir le grossissement du microscope.

Il est techniquement possible de créer des microscopes optiques dont les objectifs et les oculaires donneront un grossissement total de 1500-2000 et plus. Cependant, cela n'est pas pratique, car la capacité à distinguer les détails fins d'un objet est limitée par les phénomènes de diffraction. En conséquence, l'image des moindres détails de l'objet perd de sa netteté, une violation de la similitude géométrique de l'image et de l'objet peut se produire, les points voisins fusionnent en un seul et l'image peut complètement disparaître. Par conséquent, en optique, il existe les concepts suivants qui caractérisent la qualité d'un microscope :

Résolution microscopique- la propriété d'un microscope à donner une image séparée des détails fins de l'objet considéré.

Limite de résolution est la plus petite distance entre deux points visibles séparément au microscope.

Plus la limite de résolution est basse, plus la résolution du microscope est élevée !

La limite de résolution dicte le plus petit détail qui peut être distingué dans une lame sous un microscope.

La théorie de la résolution du microscope a été développée par le directeur de l'usine K. Zeiss à Iéna, le professeur-opticien E. Abbe (1840-1905). Comme micropréparation la plus simple, il a pris un réseau de diffraction (Fig. 2), a étudié le mécanisme de formation de l'image au microscope et a montré ce qui suit.

Nous introduisons le concept angle d'ouverture- c'est l'angle entre les rayons extrêmes du faisceau lumineux conique venant du milieu de l'objet dans la lentille (Fig. 3, une). Pour créer une image, c'est-à-dire pour résoudre un objet, il suffit que la lentille reçoive des rayons qui ne forment que des maxima de zéro et de premier ordre sur au moins un côté (Fig. 2 et 3, b). La participation à la formation de l'image des rayons à partir d'un plus grand nombre de maxima augmente la qualité de l'image, son contraste. Par conséquent, les rayons qui forment ces maxima doivent se trouver dans l'angle d'ouverture de l'objectif.

a B c d)

1 - lentille frontale de l'objectif, 2 - objectif

Ainsi, si l'objet est un réseau de diffraction de période ré et la lumière tombe dessus normalement (Fig. 2 et 3, b), alors les rayons qui forment les maxima des ordres zéro et premier de part et d'autre doivent nécessairement participer à la formation de l'image, et l'angle j 1 est l'angle de déviation des rayons qui forment le maximum du premier ordre, respectivement, doit être, dans le cas extrême, égal à l'angle tu/2.

Si on prend un réseau de plus petite période ré’, alors l’angle j’ 1 sera supérieur à l’angle tu/2 et l'image n'apparaîtra pas. Donc la période de réseau ré peut être prise au-delà de la résolution du microscope Z. Ensuite, en utilisant la formule du réseau de diffraction, nous écrivons pour k=1:

Remplacement ré sur le Z, et j 1 sur tu/2, on obtient

. (6)

Au cours de la microscopie, les rayons lumineux tombent sur l'objet sous différents angles. Avec incidence oblique des rayons (Fig. 3, g) la limite de résolution est réduite, car seuls les rayons qui forment des maxima d'ordre zéro et de premier ordre d'un côté participeront à la formation de l'image, et l'angle j 1 sera égal à l'angle d'ouverture tu. Les calculs montrent que la formule de la limite de résolution dans ce cas prend la forme suivante :

. (7)

Si l'espace entre l'objet et la lentille est rempli d'un milieu d'immersion avec un indice de réfraction n, qui est supérieur à l'indice de réfraction de l'air, alors la longueur d'onde de la lumière l n= l ¤ n. En substituant cette expression dans la formule de la limite de résolution (7), on obtient

, ou . (8)

Ainsi, la formule (7) détermine la limite de résolution pour un microscope à lentille sèche, et la formule (8) pour un microscope à lentille à immersion. Valeurs sin 0,5 tu et n× sin0.5 tu dans ces formules est appelée l'ouverture numérique de l'objectif et désignée par la lettre UNE. Compte tenu de cela, la formule de la limite de résolution d'un microscope s'écrit généralement comme suit :

Comme le montrent les formules (8) et (9), la résolution du microscope dépend de la longueur d'onde de la lumière, de la valeur de l'angle d'ouverture, de l'indice de réfraction du milieu entre la lentille et l'objet, de l'angle d'incidence des rayons lumineux sur l'objet, mais cela ne dépend pas des paramètres de l'oculaire. L'oculaire ne donne aucune information supplémentaire sur la structure de l'objet, il n'améliore pas la qualité de l'image, il ne fait qu'agrandir l'image intermédiaire.

Le pouvoir de résolution d'un microscope peut être amélioré en utilisant l'immersion et en réduisant la longueur d'onde de la lumière. L'augmentation de la résolution lors de l'utilisation de l'immersion peut s'expliquer comme suit. S'il y a de l'air entre la lentille et l'objet (lentille sèche), alors le faisceau lumineux, en passant du verre de protection à l'air, un milieu avec un indice de réfraction inférieur, change considérablement de direction en raison de la réfraction, donc moins de rayons entrer dans l'objectif. Lors de l'utilisation d'un milieu d'immersion dont l'indice de réfraction est approximativement égal à l'indice de réfraction du verre, aucun changement dans le parcours des rayons dans le milieu n'est observé et davantage de rayons pénètrent dans la lentille.

L'eau est prise comme liquide d'immersion ( n=1,33), huile de cèdre ( n\u003d 1,515), etc. Si l'angle d'ouverture maximal des objectifs modernes atteint 140 0, alors pour un objectif sec UNE=0,94, et pour une lentille à immersion dans l'huile UNE=1,43. Si le calcul utilise la longueur d'onde lumineuse l = 555 nm, à laquelle l'œil est le plus sensible, la limite de résolution de la lentille sèche sera de 0,30 µm et avec une immersion dans l'huile de 0,19 µm. La valeur de l'ouverture numérique est indiquée sur le barillet de l'objectif : 0,20 ; 0,40 ; 0,65, etc...

L'augmentation de la résolution d'un microscope optique en réduisant la longueur d'onde de la lumière est obtenue à l'aide d'un rayonnement ultraviolet. Pour ce faire, il existe des microscopes ultraviolets spéciaux avec des optiques à quartz et des dispositifs d'observation et de photographie d'objets. Étant donné que ces microscopes utilisent une lumière d'une longueur d'onde d'environ la moitié de celle de la lumière visible, ils sont capables de résoudre des structures d'échantillons aussi petites que 0,1 µm. La microscopie ultraviolette présente un autre avantage : elle peut être utilisée pour examiner des préparations non colorées. La plupart des objets biologiques sont transparents à la lumière visible car ils ne l'absorbent pas. Cependant, ils ont une absorption sélective dans la région ultraviolette et sont donc facilement visibles à la lumière ultraviolette.

Le microscope électronique a la résolution la plus élevée, car la longueur d'onde lors du mouvement d'un électron est 1000 fois plus petite que la longueur d'onde de la lumière.

Grossissement utile du microscope limité par sa résolution et la résolution de l'œil.

Le pouvoir de résolution de l'œil est caractérisé par le plus petit angle de vue auquel l'œil humain distingue encore séparément deux points d'un objet. Elle est limitée par la diffraction sur la pupille et la distance entre les cellules photosensibles de la rétine. Pour un œil normal, le plus petit angle de vue est de 1 minute. Si l'objet est à la meilleure distance de vision - 25 cm, alors cet angle correspond à un objet d'une taille de 70 microns. Cette valeur est considérée comme la limite de résolution de l'œil nu. Zrà la meilleure distance de visualisation. Cependant, il a été démontré que la valeur optimale Zrégal à 140-280 microns. Dans ce cas, l'œil subit le moins de stress.

Grossissement utile d'un microscope appelé son grossissement maximal auquel l'œil est encore capable de distinguer des détails d'une amplitude égale à la limite de résolution du microscope.

Le grossissement linéaire du microscope est égal au rapport de la taille de l'image d'un objet situé à la distance de meilleure vision sur la taille de l'objet lui-même (voir formule 1). Si nous prenons la limite de résolution du microscope comme la taille de l'objet Z, et pour la taille de l'image - la limite de résolution de l'œil nu à la distance de meilleure vue Zr, on obtient alors la formule du grossissement utile du microscope :

En remplaçant dans cette formule Zà partir de l'expression (9), on obtient

. (11)

En remplaçant dans la formule (11) la longueur d'onde de la lumière 555 nm (555×10 -9 m), les valeurs optimales des limites de résolution de l'œil 140-280 μm (140-280×10 -6 m), on trouve la plage de valeurs du grossissement utile du microscope

500 UNE < À P< 1000 UNE .

Par exemple, en utilisant les meilleurs objectifs à immersion avec une ouverture numérique de 1,43, un grossissement utile sera de 700-1400, ce qui montre qu'il n'est pas conseillé de concevoir des microscopes optiques avec un fort grossissement. Cependant, à l'heure actuelle, ce problème a perdu de son urgence en raison de l'utilisation généralisée en biologie et en médecine d'un microscope électronique, qui fournit un grossissement allant jusqu'à 600 000 et une limite de résolution allant jusqu'à 0,1 nm.