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1 - ÉVOLUTIONS VERS LA MICROSCOPIE OPTIQUE À BALAYAGE

  • 1.1 - Télévision associée à la microscopie
  • 1.2 - Microscopie quantitative

2 - MICROSCOPIE CONFOCALE À BALAYAGE LASER

3 - MICROSCOPIE OPTIQUE EN CHAMP PROCHE

Article de référence | Réf : R6714 v1

Microscopie optique en champ proche
Microscopies optiques à balayage

Auteur(s) : Gérard ROBLIN

Date de publication : 10 sept. 1999

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RÉSUMÉ

La microscopie optique à balayage est une technique qui évolue sans cesse, en fonction des progrès réalisés dans le domaine de la saisie des informations avec des moyens télévisuels de plus en plus élaborés,  mais également  vers une microscopie dite quantitative avec  l’obtention de données numériques. Cette évolution impose une technique de balayage, pour saisir le champ point par point, tout à fait assimilable à celle de la télévision à balayage électronique. Cet article dresse le bilan actuel  de la  microscopie optique à balayage.

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Auteur(s)

  • Gérard ROBLIN : Docteur ès sciences - Directeur de recherche au Centre national de la recherche scientifique (CNRS) (ER)

INTRODUCTION

L‘observation à travers le microscope, a été longtemps effectuée uniquement à l’aide de l’œil humain. La photographie, dès son apparition, lui a été rapidement appliquée permettant de conserver un document en mémoire, ainsi que la cinématographie donnant accès à l’étude de phénomènes temporellement variables. D’autres informations ont également pu être acquises grâce à l’étude spectroscopique ou spectrophotométrique des objets qui, associée aux tech-niques photographiques, permet notamment l’obtention d’images dans une « couleur » donnée, ce qui est un moyen d’analyse des propriétés d’une préparation ou de reconnaissance de certains de ses éléments.

Il faut donc noter que la microscopie est une technique que les utilisateurs sont toujours prêts à faire évoluer en fonction des progrès réalisés dans le domaine de la saisie des informations. C’est ainsi qu’ils ont profité des possibilités apportées par les moyens télévisuels, leur permettant à la fois une observation collective (plusieurs expérimentateurs pouvant simultanément observer un même champ) et une acquisition d’informations variables en temps réel (à la fréquence de prise de vue près). Mais les besoins du microscopiste sont aussi d’obtenir des informations numériques : comptage d’éléments particuliers préalablement reconnus, tri de constituants de forme caractéristique ou de niveau donné, ainsi que leurs mesures spatiales de surface, de périmètre, de longueur ou de distance… Cette microscopie, dite quantitative, impose de repérer les points du champ par leurs coordonnées spatiales et de leur affecter à chacun un nombre représentatif de leur niveau photométrique. Il y a donc lieu de saisir le champ point par point par une technique de balayage, ce qui est le cas de la télévision résultant d’un balayage électronique, d’en acquérir le niveau individuel par le moyen d’un récepteur photoélectrique, qui peut être le photorécepteur employé en télévision, et de saisir, par des moyens informatiques, l’ensemble de ces données pouvant ainsi être traitées pour fournir l’information souhaitée. Ce besoin de balayage a donné lieu à l’émergence de techniques optiques permettant de l’effectuer en conservant toute la résolution qu’elles permettent, voire en l’améliorant notablement.

Après une présentation sommaire du procédé télévisuel et de la microscopie quantitative, cet article fait le point sur les microscopies optiques à balayage actuelles.

Pour de plus amples renseignements sur la microscopie optique, le lecteur pourra se reporter à l’article R 6 712 de cette rubrique.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-r6714


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3. Microscopie optique en champ proche

Au début des années 1980 sont apparues de nouvelles générations de microscopes à balayage dont les résolutions latérale et longitudinale sont à l’échelle atomique. Le premier en date de ces instruments (STM ou Scanning Tunneling Microscope) met en œuvre l’effet tunnel électronique. Si l’on considère la surface d’un conducteur, il y existe un nuage d’électrons dont la densité décroît exponentiellement avec la distance à la surface. En approchant à quelques dixièmes de nanomètre une autre surface conductrice et, en particulier, une pointe de dimension théoriquement monoato-mique, les nuages d’électrons correspondant aux deux conducteurs se mélangeant, il leur est possible de franchir une barrière de potentiel (effet tunnel). Cela donne naissance à un courant électrique décroissant exponentiellement avec la distance, ce qui permet de mesurer par balayage le profil de la surface au centième de nano-mètre près avec une résolution latérale de quelques dixièmes de nanomètre. La mesure avec un tel dispositif des flexions d’une lame portant à son extrémité libre un stylet soumis aux très faibles forces interatomiques avec une surface balayée a conduit tout naturellement à la conception de microscopes à forces atomiques (AFM ou Atomic Forces Microscope) pouvant, avec les mêmes résolutions longitudinale de 10 pm et latérale de 0,3 nm, travailler sur des matériaux tant conducteurs qu’isolants. Ces deux types d’instruments, mettant en œuvre des interactions matière-matière, sont aujourd’hui développés industriellement.

Pour ce qui concerne l’optique, les méthodes conventionnelles, consistant à détecter, à une distance grande devant la longueur d’onde de la lumière (en « champ lointain »), les ondes se propageant après diffraction par l’objet, voient leur résolution latérale nécessairement limitée à la demi-longueur d’onde de la lumière utilisée, ce qui est une conséquence du fait que la direction de propagation des ondes est limitée à l’incidence rasante. Or l’onde diffractée par un objet plus petit que la demi-longueur d’onde possède des composantes non radiatives de fréquence supérieure à cette fréquence égale à 2 ...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - DE HOFF (R.T.), RHINES (F.N.) -   Microscopie quantitative  -  . Masson (1972).

  • (2) - ROBERTS (F.), YOUNG (J.Z.) -   A flying spot microscope  -  . Nature, 167, 231 (1951).

  • (3) - BOX (H.C.), FREUND (H.) -   Flying-microscope adapted for quantitative measurements  -  . Rev. Sci. Inst., 30, 28-30 (1959).

  • (4) - PLUTA (M.) -   Advanced Light Microscopy  -  . Vol. 1 Principles and basic properties. Vol. 2 Specialized methods. Vol. 3 Measuring techniques. PWN-Polish Scientific Publishers & Elsevier (1989).

  • (5) - WILSON (T.), SHEPPARD (C.) -   Theory and practice of scanning optical microscopy  -  . Academic (1984).

  • (6) - SHEPPARD (C.), CHOUDHURY (A.) -   Image formation in the scanning microscope  -  . Optica Acta, 24, no 10, 1051-1073 (1977).

  • ...

1 Constructeurs

(liste non exhaustive)

Carl Zeiss

http://www.zeiss.fr

Leica Microsystems

http://www.leica-microsystems.com

Thermo Electron Corp.

http://www.thermo.com

Danish Micro Engineering (DME)

http://www.dme-spm.dk

Nanonics Imaging Ltd

http://www.nanonics.co.il

Optoprim

http://www.optoprim.com

Oxford Instruments

http://www.oxinst.com

RHK Technology

http://www.rhk-tech.com

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