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Vues : 655 Auteur : Ingénieur optique en chef, Band Optics Heure de publication : 2026-08-11 Origine : Site
Un objectif de microscope haute puissance est l'objectif utilisé pour observer les détails fins d'un échantillon une fois que l'échantillon a été localisé et centré à un grossissement inférieur. Sa fonction n’est pas simplement d’agrandir une image. L'objectif détermine également la quantité de détails que le système peut résoudre, la quantité de lumière qu'il peut collecter, la distance à laquelle il doit fonctionner par rapport à l'échantillon et la qualité de la correction des aberrations optiques.
Dans de nombreux microscopes composés, les objectifs 40× et 100× sont des choix courants de haute puissance. Cependant, le grossissement à lui seul ne définit pas les performances. Une sélection utile doit également prendre en compte l'ouverture numérique (NA), la distance de travail, le milieu d'immersion, la correction du couvre-objet, la planéité du champ, la plage de longueurs d'onde, la compatibilité tube-lentille et le détecteur utilisé dans le système final.
Ce guide explique la fonction d'un objectif haute puissance dans un microscope , compare les configurations 40× et 100×, montre comment utiliser correctement un objectif haute puissance et fournit une liste de contrôle orientée ingénierie pour la sélection d'objectifs standard ou personnalisés.
L'objectif haute puissance forme une image primaire agrandie d'une petite zone du spécimen et collecte les informations spatiales nécessaires pour distinguer les structures fines. Le grossissement visuel total du microscope est le grossissement de l'objectif multiplié par le grossissement de l'oculaire. Par exemple, un objectif 40× utilisé avec un oculaire 10× produit Grossissement total 400×.
Mais le grossissement total n’est pas la même chose que la résolution. L'agrandissement d'une image au-delà des détails capturés par l'objectif crée une image plus grande sans révéler de nouvelles informations. La microscopie optique conventionnelle peut réaliser résolution latérale de l'ordre de 0,2 µm dans des conditions favorables , les performances utiles à haute puissance dépendent donc fortement de l'NA, de la longueur d'onde, de la correction optique, de la préparation des échantillons et de l'alignement. Comme expliqué dans La cellule : une approche moléculaire, le grossissement sans détails résolus supplémentaires ne produit qu'une image plus grande.
Un objectif haute puissance détermine l'échelle de l'image, la résolution, la collecte de lumière, la distance de travail et la correction des aberrations.
40× et 100× sont des choix courants, mais aucun des deux grossissements n’a de NA ou de distance de travail universelle.
Un grossissement plus élevé ne révèle pas automatiquement plus de détails ; L’NA, la longueur d’onde, la préparation des échantillons et l’alignement du système sont également importants.
Les objectifs secs et à immersion doivent être utilisés avec le milieu spécifié par le fabricant.
Pour l’intégration OEM, l’objectif doit correspondre à la lentille tubulaire, au capteur, à la plage de longueurs d’onde, à l’interface de l’échantillon et à l’enveloppe mécanique.
Table des matières
« Haute puissance » est une description pratique plutôt qu'une spécification optique complète. Il fait généralement référence à un objectif utilisé après une observation à faible puissance pour inspecter des éléments plus petits dans un champ de vision plus étroit. Les configurations courantes incluent :
Objectifs 40× : fréquemment utilisés comme objectifs très secs pour l'inspection des cellules, des coupes de tissus, des micro-organismes et des matériaux.
Objectifs 60× : sélectionnés lorsqu'une plus grande échelle d'image est nécessaire tout en conservant un équilibre différent entre NA, champ de vision et distance de travail.
Objectifs 100× : couramment utilisés pour les très petites structures biologiques et peuvent être conçus pour l'huile, l'eau, le silicone ou un autre milieu d'immersion, selon l'application.
Ces descriptions sont typiques et non universelles. Deux objectifs avec le même grossissement peuvent avoir une NA, une distance de travail, un niveau de correction, des exigences d'immersion, un numéro de champ, une plage de transmission et une conception de l'espace image différents. Lisez toujours les spécifications complètes plutôt que de choisir uniquement par grossissement.
Le barillet d'objectif identifie généralement le grossissement, la NA, le milieu d'immersion, la distance de travail ou les exigences en matière de lamelle, ainsi que d'autres informations de compatibilité. Une directive de microscopie hébergée par le NIH identifie grossissement, NA, distance de travail, milieu d'immersion et épaisseur de la lamelle comme informations clés sur le corps.
Un marquage tel que 40×/0,75 indique un grossissement de l'objectif 40× et NA 0,75. Des marquages supplémentaires peuvent identifier si l'objectif est corrigé en plan, destiné à être immergé dans l'huile ou dans l'eau, corrigé pour une épaisseur de verre de protection spécifiée ou conçu pour un système optique corrigé à l'infini.
Les anneaux d'objectif sont des identifiants visuels utiles, mais la couleur à elle seule ne doit pas être considérée comme une spécification. La norme ISO 8578 définit le marquage des objectifs et des oculaires et recommande un codage couleur par grossissement et milieu d'immersion . Étant donné que les conventions des fabricants et les produits existants peuvent différer, confirmez les données gravées sur le canon et la fiche technique du fabricant.
L'ouverture numérique décrit la capacité de l'objectif à accepter la lumière sous une gamme d'angles dans un support. Il est défini comme :
NA = n × péché(θ)
où (n) est l'indice de réfraction du milieu entre l'échantillon et la lentille frontale, et ( heta) est le demi-angle du cône de lumière accepté. Les indices de réfraction représentatifs donnés dans un texte de microscopie Springer en libre accès sont environ 1,00 pour l'air, 1,33 pour l'eau et 1,51 pour l'huile d'immersion.
Au même grossissement, un objectif à NA plus élevée peut généralement collecter un cône de lumière diffractée plus large et résoudre des détails spatiaux plus fins. En imagerie de fluorescence, une NA plus élevée peut collecter davantage de lumière émise et peut réduire l'exposition requise . Le compromis est que une NA plus élevée produit généralement une profondeur de focalisation plus faible et des exigences plus strictes en matière de focalisation, de planéité de l'échantillon, d'épaisseur de lamelle et de stabilité mécanique.
Un objet ponctuel est reproduit par un motif de diffraction plutôt que par un point infiniment petit. Plus de 80 % de l'énergie du diagramme de diffraction est contenue dans son maximum central d'Airy , et le rayon de cette région centrale peut être approximé par :
rAiry = 0,61λ / NA
où (lambda) est la longueur d'onde de l'imagerie. Ce La relation Airy-rayon montre pourquoi des longueurs d'onde plus courtes et une NA plus élevée peuvent améliorer la résolution limitée par la diffraction.
Comme point de référence travaillé, en utilisant une longueur d'onde d'environ 550 nm et NA 1,51 donne une valeur sur l'échelle de Rayleigh d'environ 222 nm, soit 0,22 µm . Il s'agit d'un calcul optique idéalisé et non d'un résultat système garanti. Les performances réelles peuvent être limitées par les aberrations, l'échantillonnage, le contraste, l'inadéquation de l'indice de réfraction, la qualité de la préparation, les vibrations, l'éclairage et le bruit du détecteur.
Le choix correct dépend de la taille de l'élément et de la mesure requise, et non de l'hypothèse que le grossissement le plus élevé est automatiquement le meilleur.
Facteur de sélection |
Objectif 40× |
Objectif 100× |
|---|---|---|
Rôle typique |
Observation détaillée après localisation de la région d'intérêt |
Observation de très petites structures lorsqu'une plus grande échelle d'image et une NA appropriée sont nécessaires |
Immersion |
Souvent secs, mais des modèles à immersion existent également |
Souvent en immersion en microscopie biologique, mais des conceptions sèches existent également |
Champ de vision |
Plus large qu'un objectif 100× dans le même système compatible |
Plus étroit dans le même système compatible |
Tolérance de concentration |
Généralement plus facile à acquérir et à maintenir sa concentration |
Généralement plus sensible à la mise au point, à l'inclinaison de l'échantillon et aux vibrations |
Distance de travail |
Spécifique au produit ; souvent plus indulgent que les conceptions à très haute NA 100× |
Spécifique au produit et souvent plus court dans les conceptions à forte NA |
Règle de meilleure décision |
Choisissez quand sa NA et son échantillonnage résolvent la cible tout en préservant le champ et le débit |
Choisissez quand la cible nécessite une échelle d'image et des performances optiques supplémentaires |
Aucun des deux grossissements n’a de NA ou de distance de travail universelle. Ces valeurs sont des propriétés d'une conception particulière. Comparez la fiche technique complète du fabricant ou définissez les exigences d'un objectif personnalisé.
Le grossissement de l'objectif définit l'échelle principale de l'image. Pour une observation visuelle, multipliez-le par le grossissement de l'oculaire. Pour les systèmes basés sur une caméra, tenez également compte de la lentille tubulaire, de l'optique du relais, de la taille des pixels du capteur et de la zone active du capteur. Un objectif nominal de 100 × ne garantit pas que le détecteur échantillonne l'image de manière appropriée.
NA affecte la collecte de lumière, la résolution limitée par la diffraction et la profondeur de mise au point. Comparez NA à la longueur d’onde requise et dans le milieu d’immersion prévu. Ne présumez pas que deux objectifs ayant le même grossissement ont un pouvoir de résolution équivalent.
La distance de travail est la distance entre la surface avant de l'objectif et le plan de l'objet lors de la mise au point, selon la convention du fabricant. Il peut déterminer si l'objectif nettoie un couvercle, un récipient de culture, un accessoire mécanique, un composant de circuit ou un échantillon industriel irrégulier. Les objectifs à longue distance de travail résolvent les problèmes d'accès, mais le grossissement, l'ouverture d'ouverture, la correction, le diamètre du boîtier et les exigences du champ doivent être équilibrés.
Les objectifs à sec, à immersion dans l'eau, à l'huile et autres objectifs à immersion sont conçus optiquement pour des supports spécifiques. Un objectif sec ne doit pas être utilisé avec de l'huile à immersion, et un objectif à immersion ne doit pas être utilisé à sec, sauf si le fabricant prend en charge ce mode . Un support incorrect introduit une inadéquation d'indice de réfraction et peut réduire le contraste et la résolution.
Un objectif peut être corrigé pour une épaisseur de verre de protection particulière, l'absence de verre de protection ou une géométrie de récipient définie. Une inadéquation entre la conception de l'objectif et le chemin optique réel peut introduire une aberration sphérique. Les colliers de correction, le cas échéant, doivent être ajustés en fonction de la couverture réelle, du milieu, de la température et de la profondeur de l'échantillon.
Les familles d'objectifs comprennent généralement les niveaux de correction achromatique, fluorite ou semi-apochromatique et apochromatique. Le meilleur choix dépend de la plage spectrale, des aberrations chromatiques et sphériques acceptables, des exigences en matière de champ et du budget. Une désignation de plan concerne spécifiquement la planéité du champ ; La norme ISO 19012-1 définit le marquage plan et la zone nette pour une surface d'objet plane.
Confirmez si l’objectif est fini conjugué ou corrigé à l’infini. Pour un système infini, l’objectif et la lentille tube doivent être évalués comme une paire. Le filetage mécanique, la distance parfocale, la distance focale de la lentille tube, l'emplacement de la pupille, la diagonale du capteur, le numéro de champ et les optiques intermédiaires autorisées affectent tous l'intégration.
Les systèmes visibles à fond clair, à fluorescence, proche UV et proche IR n'imposent pas des exigences de transmission et de correction identiques. Définissez les bandes d’éclairage et de détection réelles. Pour les travaux multispectraux, spécifiez à la fois la plage spectrale et le décalage de focalisation acceptable entre les longueurs d'onde.
Les objectifs Achromat fournissent une correction pratique pour l’observation de routine et les instruments sensibles aux coûts.
Les objectifs en fluorite ou semi-apochromatiques peuvent offrir une correction améliorée et une NA souvent plus élevée que les achromates de routine comparables.
Les objectifs Apochromat sont conçus pour une correction chromatique et sphérique plus exigeante sur plusieurs longueurs d'onde.
Le nom de la catégorie n'est qu'un point de départ. Comparez le champ réel, l'NA, la plage spectrale, la transmission, la distorsion et la compatibilité du système. Les textes de microscopie standard traitent La correction des aberrations et l'adaptation du système d'objectifs en tant qu'éléments centraux de la formation d'images.
UN L'objectif plan est désigné pour la planéité du champ sur une région d'image nette définie . Ceci est important pour l'imagerie par caméra, l'assemblage numérique, la métrologie, les lames de pathologie, l'inspection des semi-conducteurs et d'autres applications où les performances de pointe sont importantes. L'étiquette Plan ne doit pas être interprétée comme une déclaration complète sur la correction chromatique, l'NA ou la plage de longueurs d'onde ; ces spécifications doivent encore être vérifiées séparément.
Les objectifs haute puissance peuvent être optimisés pour l'imagerie en fond clair, en contraste de phase, en contraste interférentiel différentiel (DIC), en polarisation, en fluorescence ou confocale. L'objectif doit être compatible avec la technique complète. Les anneaux de phase, les prismes DIC, la biréfringence des matériaux, la transmission de fluorescence, l'autofluorescence et l'accès aux pupilles peuvent tous devenir des contraintes de sélection.
Commencez par la plus petite caractéristique qui doit être détectée ou mesurée, puis progressez vers l'ensemble du système d'imagerie.
Définir la cible et le critère d’acceptation. Indiquez si la tâche consiste en une détection visuelle, une classification, une mesure dimensionnelle, une comparaison de contraste ou une fluorescence quantitative.
Choisissez une résolution utile avant l’échelle de l’image. Sélectionnez d'abord une NA suffisante et une longueur d'onde appropriée ; puis choisissez un grossissement qui échantillonne correctement les détails résolus.
Définissez l’interface de l’échantillon. Enregistrez le milieu d’immersion, le matériau et l’épaisseur du revêtement, la profondeur de l’échantillon, la température et l’indice de réfraction.
Vérifiez l'accès mécanique. Spécifiez la distance de travail minimale, l’enveloppe de l’échantillon, le diamètre de l’objectif, le filetage, la distance parfocale et les risques de collision.
Faites correspondre le côté de l'image. Fournissez l'objectif tubulaire, le modèle d'oculaire ou d'appareil photo, la taille du capteur, le pas de pixel et le champ de vision requis.
Définir la plage spectrale. Répertoriez les longueurs d'onde d'éclairage et de détection, pas seulement « visible » ou « fluorescence ».
Définir les tolérances et les méthodes de vérification. Incluez une résolution acceptable, la courbure de champ, la distorsion, le décalage de mise au point chromatique, la transmission et les conditions environnementales.
Les directives officielles de développement de tests recommandent faire correspondre le grossissement de l'objectif, la NA, la distance de travail, la profondeur de champ et l'échantillonnage axial à l'application , tout en reconnaissant qu'un grossissement plus important n'améliore pas nécessairement la résolution. Ceci est particulièrement important dans l’imagerie automatisée, où la couverture du champ, la vitesse d’acquisition, la stabilité de la mise au point automatique et la répétabilité peuvent avoir autant d’importance que la résolution maximale.
Un objectif catalogue est généralement la solution la plus rapide lorsque son interface optique et mécanique correspond déjà au système. Un objectif de microscope haute puissance personnalisé devient pertinent lorsque l'application nécessite une combinaison que les produits standards ne proposent pas, comme :
une distance de travail ou un dégagement d'échantillon non standard ;
correction à travers une fenêtre, un verre de protection, une couche de liquide ou un fond de récipient spécifié ;
une plage spectrale dédiée UV, visible, NIR ou multibande ;
un format de capteur et un cercle d'image définis ;
faible distorsion ou comportement télécentrique contrôlé pour la mesure ;
une enveloppe mécanique personnalisée, un fil, une distance parfocale ou un emplacement de pupille ;
compatibilité avec une lentille tubulaire spécifique ou une plate-forme d'imagerie intégrée ;
performances optimisées pour l'inspection par fluorescence, vision industrielle, semi-conducteurs, biomédicale ou matériaux.
Pour un examen de faisabilité efficace, fournissez le grossissement cible, l'AN ou la résolution requise, le champ de vision, la distance de travail, les conjugués objet et image, le milieu d'immersion, les détails du couvercle/fenêtre, la plage de longueurs d'onde, les spécifications du capteur, le dessin mécanique et l'environnement d'exploitation prévu. Ces entrées permettent d’évaluer ensemble les performances optiques, la fabricabilité, la sensibilité d’alignement et le coût.
La mise au point à haute puissance est plus facile et plus sûre lorsque l'échantillon est déjà centré.
Commencez par l’objectif de puissance la plus faible et mettez le spécimen au point.
Centrez la région exacte d’intérêt ; le champ visible devient plus petit à un grossissement plus élevé.
Tournez vers l’objectif haute puissance tout en surveillant le dégagement objectif-échantillon.
Utilisez le contrôle de mise au point fine pour la mise au point finale. Évitez les grands mouvements de mise au point grossière à proximité de l’échantillon, sauf si le fabricant du microscope les autorise spécifiquement.
Ajustez le condenseur, le diaphragme d’ouverture, l’éclairage, l’exposition et la méthode de contraste pour l’objectif sélectionné.
Si vous utilisez un objectif à immersion, appliquez uniquement le milieu spécifié et suivez la procédure opérationnelle du fabricant du microscope.
Après l'imagerie, retirez le milieu d'immersion avec une méthode de nettoyage de lentille approuvée avant qu'il ne sèche ou ne se propage sur un objectif sec.
Si la mise au point ne peut pas être obtenue, revenez à une puissance faible et vérifiez l'orientation de l'échantillon, l'épaisseur du couvre-objet, la position de la lame, l'emplacement de l'objectif, le réglage du collier de correction et si l'objectif sélectionné est compatible avec le microscope.
Il s’agit souvent d’un grossissement vide. Les causes possibles incluent une NA insuffisante, un mauvais éclairage, un milieu d'immersion incorrect, un sous-échantillonnage ou un suréchantillonnage du détecteur, une disparité optique, un flou de l'échantillon ou un zoom numérique excessif. La résolution (et non le grossissement seul) détermine si de nouveaux détails sont présents.
Vérifiez si l'objectif fournit la correction de plan requise, si le capteur de la caméra dépasse le champ d'image corrigé et si l'échantillon ou la platine est incliné. Une inadéquation tube-lentille peut également réduire les performances hors axe.
Confirmez NA, l’alignement de l’éclairage, la compatibilité des filtres, la transmission de l’objectif, l’exposition, l’étiquetage de l’échantillon et le milieu d’immersion. Une NA plus élevée peut améliorer l’efficacité de la collecte , mais uniquement lorsque le reste du chemin optique et la préparation des échantillons sont compatibles.
Les causes potentielles incluent l'inclinaison de l'échantillon, la courbure du champ, la variation de l'épaisseur de la couverture, l'inadéquation de l'indice de réfraction, la dérive de la température, l'erreur de scène et la profondeur de champ limitée. Les objectifs à NA élevée ont une plage de mise au point utilisable plus petite , ce qui rend ces erreurs plus visibles.
Arrêtez et confirmez la distance de travail, la géométrie du couvercle/du récipient, l'épaisseur de l'échantillon et la parfocalité. Si l'application nécessite systématiquement plus d'espace libre, évaluez une conception à longue distance de travail au lieu d'opérer avec un risque de collision.
Pour les systèmes de recherche, industriels et OEM, l’acceptation objective doit être liée à l’application. Selon le projet, la vérification peut inclure des cibles de résolution, des mesures de fonction d'étalement de points, une fonction de transfert de modulation, une courbure de champ, une distorsion, un déplacement de focalisation chromatique, une transmission, un fond de fluorescence, une distance de travail et une répétabilité après assemblage.
La NA elle-même peut également être mesurée plutôt que déduite du grossissement. Une revue évaluée par des pairs regroupe la mesure des objectifs-NA en cinq catégories : méthodes d'apertomètre originales, méthodes d'apertomètre d'Abbe modifiées, méthodes basées sur la géométrie, imagerie du plan focal et imagerie du plan focal arrière . La méthode appropriée dépend de l'architecture objective, de l'incertitude requise, de l'accès disponible à l'élève et de l'environnement de test de production.
Retirez les particules libres avec de l'air pur ou une brosse douce appropriée avant d'essuyer.
Utilisez un chiffon pour lentilles et un liquide de nettoyage approuvé par le fabricant de l'objectif ou du microscope.
Ne laissez pas l'huile d'immersion migrer sur les objectifs secs ou dans le porte-nez.
Évitez de toucher l'élément avant avec les doigts ou des outils durs.
Stockez les objectifs avec les capuchons de protection dans un environnement propre et sec.
Inspectez le milieu d’immersion séché, les résidus, le délaminage, les champignons ou les dommages mécaniques lorsque la qualité de l’image change.
Ne démontez pas un objectif en dehors d'un processus de service optique autorisé ; L'espacement et le centrage des éléments internes sont essentiels aux performances.
Il forme une image fortement agrandie d'une petite zone d'échantillon et collecte la lumière diffractée nécessaire pour résoudre les détails les plus fins. Ses performances pratiques dépendent de l’AN, de la longueur d’onde, de la correction, de la distance de travail, de l’interface de l’échantillon et de l’alignement du système, et pas seulement de son grossissement.
40× est communément appelé haute puissance dans les microscopes composés éducatifs, tandis que 60× et 100× sont également largement utilisés pour des observations exigeantes. Le terme est contextuel. Indiquez toujours le grossissement exact et NA au lieu de vous fier uniquement à la « puissance élevée ».
Non. Un objectif 100× donne une plus grande échelle d’image, mais il offre également un champ plus petit et peut imposer des exigences plus strictes en matière de mise au point, d’immersion, de dégagement et de stabilité. Choisissez l'objectif qui résout la cible avec un champ de vision, un débit et une distance de travail appropriés.
Les objectifs à haute puissance fonctionnent souvent à proximité du spécimen et ont une faible profondeur de champ. La mise au point fine permet un mouvement axial contrôlé et réduit le risque de dépassement du plan focal ou de contact avec l'échantillon. Suivez les instructions du fabricant du microscope, car les mécanismes de mise au point diffèrent.
De nombreux objectifs biologiques 100× sont des modèles à immersion dans l'huile, mais il existe également des modèles à immersion sèche, à immersion dans l'eau, à immersion dans le silicone et autres. Utiliser uniquement le milieu d'immersion gravé sur l'objectif ou précisé dans sa fiche technique.
Un objectif de microscope haute puissance doit être sélectionné dans le cadre d’un système d’imagerie complet. Le grossissement détermine l'échelle de l'image, tandis que l'NA, la longueur d'onde, la correction optique, la distance de travail, le milieu d'immersion, l'état du couvre-objet, les exigences de champ, la lentille du tube et le détecteur déterminent si le système peut capturer des détails utiles de manière fiable.
Pour une observation de routine, un objectif standard 40×, 60× ou 100× peut suffire. Pour les instruments OEM ou les applications présentant des exigences inhabituelles en matière spectrale, mécanique, d'interface d'échantillon ou d'imagerie, un objectif personnalisé peut fournir un meilleur ajustement au niveau du système.
Pour discuter d'un objectif haute puissance pour un microscope existant ou une nouvelle plateforme d'imagerie, contactez Band Optics et partagez vos besoins optiques, mécaniques, spectraux et de détection. Vous pouvez également consulter notre solutions de lentilles optiques personnalisées.
Un objectif de microscope haute puissance est utilisé pour obtenir un grossissement et une résolution élevés, permettant la visualisation de minuscules structures telles que des bactéries et des organites.
Les grossissements courants à haute puissance sont 40x et 100x. L'objectif 40x est souvent codé en jaune et l'objectif à immersion dans l'huile 100x est codé en rouge.
L'ouverture numérique (NA) mesure la capacité de collecte de lumière d'un objectif. Une NA plus élevée signifie une meilleure résolution et une meilleure luminosité de l’image.
Appliquez une petite goutte d’huile d’immersion sur la lamelle. Abaissez doucement l'objectif 100x dans l'huile pour augmenter le pouvoir de résolution et la clarté de l'image.
