Optical microscopy is a technique that uses visible light and lenses to magnify and resolve small objects or structures.Un microscope optique forme une image en réfractant la lumière visible à travers une séquence de lentilles. La résolution est limitée par la diffraction : selon le critère de Rayleigh, deux points sont distinguables si la distance qui les sépare n'est pas inférieure à la moitié de la longueur d'onde divisée par l'ouverture numérique de l'objectif. Les méthodes modernes — microscopie à fluorescence, confocale, super-résolution (STED, PALM) — dépassent cette limite, permettant de visualiser des structures jusqu'à des molécules uniques.
On attribue à Zacharias Janssen la création du microscope composé (1590). Antoni van Leeuwenhoek (1674) a atteint un grossissement de 300 fois avec des lentilles simples, découvrant les micro-organismes. Robert Hooke, dans « Micrographia » (1665), a décrit les cellules. En 1873, Ernst Abbe a développé la théorie de la formation d'image et la condition des sinus. Carl Zeiss et Otto Schott ont industrialisé la production d'objectifs de haute qualité. Au XXe siècle, Frits Zernike a inventé le microscope à contraste de phase (1935, prix Nobel 1953), Marvin Minsky a breveté le principe confocal (1957). La super-résolution est née dans les années 2000 : STED par Stefan Hell (prix Nobel 2014), PALM par Eric Betzig et Harold Hess.
Un faisceau lumineux issu d'une source est focalisé par le condenseur sur l'échantillon. La lumière diffusée et transmise directement est collectée par l'objectif, qui forme une image primaire dans le plan du diaphragme de champ. L'oculaire l'agrandit ensuite pour l'observation à l'œil ou la transmission à un détecteur. Le contraste dans les microscopes à fond clair provient de l'absorption ou de la diffusion ; le contraste de phase convertit le déphasage en variation d'amplitude. Dans les microscopes à fluorescence, l'échantillon est éclairé à la longueur d'onde d'excitation, et l'émission est séparée par un miroir dichroïque et des filtres. En microscopie confocale, une source ponctuelle et un détecteur avec un diaphragme permettent le sectionnement optique. La super-résolution dépasse la limite de diffraction en désactivant les fluorophores à la périphérie de la tache d'excitation (STED) ou par la localisation précise de molécules photoactivables uniques (PALM/STORM).
Utilisé en biologie et en médecine pour l'analyse des cellules, en science des matériaux pour le contrôle des microcircuits, en criminalistique pour l'examen des fibres et des empreintes.
Avec un microscope optique, on peut non seulement regarder, mais aussi déplacer des objets : la pince optique maintient et déplace des cellules ou des bactéries individuelles.
| τ | variable | optical depth — profondeur optique |
| n | variable | number density of absorbers — number density per cubic metre |
| σ | variable | cross-section per absorber — section efficace square metre |
| l | variable | path length through the medium — longueur metre |
| \tau_d | variable | optical depth due to dust — profondeur optique |
| M_d | variable | total dust mass — masse kilogram |
| \rho_d | variable | mass density of individual dust grains — masse volumique kilogram per cubic metre |
| v_{\text{ej}} | variable | ejection speed of the dust — vitesse metre per second |
| t | variable | time since ejection — temps second |
