Microscope numérique

QU’EST-CE QU’UN MICROSCOPE NUMÉRIQUE ?

Un microscope numérique est un outil de capture d’image qui intègre, non pas un oculaire, mais une caméra et une optique grossissante et affiche l’image de l’échantillon en temps réel sur un écran. Le microscope numérique de KEYENCE est conçu pour s’adapter à un large éventail d’applications dans toutes les industries. Ce système polyvalent est principalement utilisé dans les laboratoires ou les services de R&D et d’assurance qualité.

KEYENCE Microscope numérique VHX-X1

MICROSCOPE NUMÉRIQUE – OBJECTIF ET SYSTÈME DE CAPTURE D’IMAGE

Les microscopes numériques permettent une observation rapide et facile. Ils exploitent des objectifs de type zoom, combinaison de plusieurs lentilles individuelles, garantissant une meilleure convivialité : il suffit de tourner la bague sur l’objectif pour ajuster le grossissement.

La performance d’un objectif dépend de trois principaux facteurs : la profondeur de champ, l’ouverture numérique et l’aberration. Le microscope numérique de KEYENCE offre une profondeur de champ 20 fois supérieure à celle des microscopes optiques classiques grâce à une ouverture plus petite. L’objet observé demeure ainsi entièrement net dans une large plage de tolérance autour du point focal. Le niveau de qualité d’un objectif de microscope se mesure également à sa capacité à concentrer la lumière (ouverture numérique) pour réduire au minimum l’aberration (erreur de projection).

Images capturées par un microscope optique classique (à gauche) et par un microscope numérique (à droite).

Le microscope numérique de KEYENCE intègre un capteur d’image CMOS capable de convertir la lumière traversant l’objectif en signaux numériques et d’afficher les données obtenues sous forme d’image. Lorsque la lumière percute les photodiodes du capteur, des paires électron-trou sont générées et produisent des signaux électriques, qui sont convertis en signaux numériques via un bus de transfert, permettant d’afficher les données capturées par le capteur CMOS sur l’écran du microscope numérique.

Cheminement du signal, du capteur d’image à l’écran du microscope numérique VHX-X1

Les photodiodes sont incapables de reconnaître les couleurs. Un filtre ou un prisme couleur est donc intégré au microscope afin de les reproduire. La qualité de l’affichage numérique dépend en définitive de la résolution couleur et de la résolution d’écran. La résolution d’écran est déterminée par le nombre de pixels suivant les axes X et Y.

Microscope numérique : résolutions d’écran types

Consultez le premier volume de notre série de guides de la microscopie numérique pour en savoir plus sur l’objectif et le système de capture d’image.

PERFORMANCE DE CAPTURE D’IMAGE D’UN MICROSCOPE NUMÉRIQUE

La résolution couleur ou la profondeur de couleur fait référence à la capacité de chaque pixel à représenter un certain nombre de niveaux d’intensité des trois couleurs primaires : rouge, vert et bleu. Les microscopes numériques classiques proposent une résolution de 8 bits comptant 256 x 256 x 256 niveaux d’intensité, soit plus de 16 millions de couleurs.

Le dernier microscope numérique de KEYENCE est doté d’une fonction HDR capable de capturer des données d’image RVB codées sur 16 bits, permettant ainsi de multiplier par 256 le nombre de niveaux d’intensité reproduits. L’optimisation automatique de la couleur, de la luminosité, du contraste et de la texture garantissent une reproduction fidèle de l’objet dans ses moindres détails et la large plage de luminosités contribue à réduire les reflets et à renforcer les zones faiblement contrastées.

Images d’un connecteur (100x) et d’un pochoir étagé (2000x) capturées par le microscope numérique de KEYENCE en 8 et 16 bits

Consultez le deuxième volume de notre série de guides de la microscopie numérique pour en savoir plus sur la performance de capture d’image.

COMPOSITION EN PROFONDEUR DU MICROSCOPE NUMÉRIQUE DE KEYENCE

La profondeur de champ se réfère à la plage verticale autour du point focal au sein de laquelle l’objet observé demeure entièrement net. Sur les microscopes optiques classiques, la profondeur de champ décline à mesure que le grossissement augmente. Le microscope numérique de KEYENCE balaie cette restriction grâce à une technologie de mise au point qui garantit l’observation d’images parfaitement nettes même à fort grossissement. La fonction de composition en profondeur fait légèrement varier la position de mise au point et extrait les pixels nets à chaque position, puis les assemble afin d’afficher sur l’écran du microscope numérique une image nette sur l’ensemble du champ de vision quel que soit le grossissement.

L’extraction et l’assemblage des pixels nets à chaque position de mise au point permettent au microscope numérique de KEYENCE de générer une image entièrement nette sur la totalité du champ de vision.

Consultez le troisième volume de notre série de guides de la microscopie numérique pour en savoir plus sur la composition en profondeur.

TECHNIQUES D’ÉCLAIRAGE DU MICROSCOPE NUMÉRIQUE

Les microscopes numériques intègrent une source lumineuse afin d’assurer une distribution optimale de la lumière, adaptée à la distance d’observation et au champ de vision de l’objectif. Les différentes techniques d’éclairage disponibles en microscopie numérique permettent d’observer un large éventail d’états de surface et de profils.

L’éclairage punctiforme, plus connu sous le nom d’éclairage coaxial, est particulièrement adapté aux surfaces très réfléchissantes ou à l’observation des textures car il exploite un semi-miroir qui réfléchit la totalité de la lumière en direction de l’objectif, garantissant ainsi l’obtention de l’image optimale.

Les miroirs, métaux polis et plastiques exigent en revanche un éclairage diffus, appliqué suivant différentes directions, afin de limiter les reflets sur l’image.

Schémas de deux techniques d’éclairage des microscopes numériques : l’éclairage coaxial (à gauche) et l’éclairage diffus (à droite)

Un adaptateur d'éclairage latéral à 360° permet d’appliquer l’éclairage depuis différents angles afin d’optimiser la représentation des bosses et creux d’une surface. Les microscopes numériques de KEYENCE proposent également l’éclairage partiel afin de faire ressortir ces creux et bosses.

Enfin, les objets transparents peuvent être éclairés depuis le dessous au moyen de l’éclairage par transmission. Un filtre de polarisation permet également de filtrer la lumière réfléchie afin d’éviter tout reflet spéculaire sur l’image.

Consultez le quatrième volume de notre série de guides de la microscopie numérique pour en savoir plus sur les techniques d’éclairage disponibles sur les microscopes numériques.