L'éclairage en macro photographie et en photographie au microscope 


Comme en photographie générale, en macrophotographie (image agrandie sur le capteur) et en microscopie (à partir  du grandissement 40x pour fixer les idées), les images agrandies d'un mème sujet peuvent être très différentes en fonction de l'éclairage utilisé.

Au départ, 4 catégories d'éclairages peuvent être distinguées en fonction  de la position de la source lumineuse par rapport à l'objectif. Voici à droite  un schéma explicatif:

Il faut distinguer d'abord l'éclairage par transparence ou diascopique qui est le plus répandu car il correspond aux microscopes biologiques, les plus connus du grand public et l'éclairage incident (par dessus ) ou épiscopique qui correspond aux microscopes métallographiques.

Ensuite, il faut séparer le fond clair lorsque les rayons issus de la source pénètrent dans l'objectif (c'est le contrejour, ou un reflet d'une source lumineurse en photographie classique), et le fond noir lorsque seuls des rayons diffractés par l'objet pénètrent dans l'objectif (contrejour masqué en photographie classique).

En épiscopie, l'éclairage peut se faire simplement en fond noir latéral en disposant une source lumineuse sur le coté de l'objectif.  C'est l'éclairage classique hors macro-micro!
Mais pour le fond clair, il  se fait grace à un illuminateur spécial doté d'un miroir semi-transparent qui envoie la lumière à travers l'objectif.
et pour le fond noir épiscopique annulaire, c'est aussi un miroir spécial qui envoie un anneau de lumière dans un cylindre en périphérie des objectifs spécialement conçus pour ce fond noir (objectifs Neo ou BD selon les constructeurs).
Schéma Eclairage micro par DN
                         
Voici des illustrations de ces 4 type de rendus en fonction de la position de la source lumineuse et des schémas des montages:
Fond Clair Fond Noir
diascopie
(microscopes  biologiques )
fond clair diascopique (cliché DN) fond noir diascopique (cliché DN)
champ clair fond noir annulaire
auteur schéma: Albega (source Wikipedia)
épiscopie
(microscopes  métallographiques) 
Fond Clair épiscopique (DN) Fond Noir épiscopique (DN)
champ clair épi fond noir épi 
auteur schéma: Albega (source Wikipedia)

Comme en photographie générale, il n'y a pas que la position de la source lumineuse qui compte.  Sa taille va également produire un effet différent selon qu'elle est grande ou petite.
une grande source va générer une lumière diffuse. Ce sera utile pour couvrir de façon homogène un champ large à faible grandissement. Mais une petite source donnera une lumière avec plus de contraste car avec des ombres plus marquées.
De plus les lampes de microscopie utilisables en macro également, sont pourvues de lentilles convergentes qui vont diriger le faisceau d'éclairage (collecteur) et le concentrer sur le sujet. Un diaphragme limite également le faisceau lumineux au champ à observer et limite des lumières parasites dues à des reflets.

La source peut être simple,  double ou multiple, mais une source simple est plus facile à gèrer pour les ombres.
un cas particulier est l'éclairage à la fois dia et épiscopique. Il faut alors équilibrer l'intensité des 2 sources .

A l'intérieur de ces 4 catégories, diverses dispositions sont envisageables ensuite. Et c'est à chacun de se rendre compte visuellement de l'effet de son dispositif d'éclairage.

En diascopie et au microscope, les éclairages sont un peu plus codifiés.  En éclairage diascopique en fond clair, qui est le plus courant avec les microscopes biologiques, une source quelconque peut toujours fournir des images satisfaisantes pour l'observation et la photographie à faible grandissement.  C'est par exemple l'image d'un ciel uniforme renvoyée par le miroir du microscope ou la surface d'un dépoli ou d'un papier blanc uniformément éclairé.
Mais il est préférable d'avoir une disposition  qui utilise rationnellement le flux lumineux  tout en fournissant un éclairement uniforme du champ. 
Ces conditions sont assurées grace au système inventé  en 1893 par  A.KOHLER. Celui ci permet de plus de limiter l'extension du champ éclairé et d'éviter ainsi des lumières parasites dans l'objectif. Enfin , il permet d'obtenir une certaine profondeur de champ mème avec les objectifs de microscope dépourvus de diaphragme en remplaçant  celui-ci par un équivalent dit "diaphragme d'ouverture" situé sous un groupe de lentilles du système d'illumination:  le condenseur (ou condensateur selon les ouvrages).
La source est dans l'axe optique. Une lentille (ou un groupe de lentilles) dite "collecteur"   la surmonte avec un premier diaphragme dit "de champ".  La surface lumineuse de ce collecteur dans le plan du diaphragme de champ est projetée par  le condenseur  dans le plan de la préparation. Voir cette page du cours de H.SAUER et J.SURELLE pour plus d'informations sur cet éclairage fondamental en microscopie.
Cette disposition avec le centrage est réalisée presque complètement par contruction sur les grands microscopes actuels. La seule opération que doit réaliser l'observateur est de règler la hauteur du condenseur pour que la surface éclairante du collecteur avec le diaphragme de champ soit dans le plan de la préparation (c'est nécessaire pour s'adapter à des lames de préparations d'épaisseurs différentes) . Le micrographe  doit aussi pour éviter de la lumière parasite, ajuster la taille du diaphragme de champ au champ couvert par l'ensemble objectif/projectif.
En macro, si autrefois, il existait des statifs prévus pour cet éclairage (Aristophot Leitz, Multiphot Nikon ou PMT35 Olympus), actuellement, il faut bricoler pour le réaliser.

Pour des images scientifiques avec l'éclairage de Kohler, il est donc recommandé de disposer la source dans l'axe de l'objectif .
Mais elle (ou son image par le condenseur) peut  être  un peu décalée ou masquée, on a alors un éclairage qui à la différence de celui de Kohler, n'est plus uniforme dans toutes les directions. Il est dit oblique et il donne un effet "d'ombrage" et de pseudo-relief agréable pour l'observation. De nombreuses formes de caches ont été proposées, mais de bons résultats sont obtenus par certain micrographes empiriques simplement en masquant un bord du faisceau d'éclairage avec un porte filtre ou un morceau de carton!

Eclairage axial (DN)
Eclairage diascopique normal
Exemple éclairage oblique (DN)
Eclairage diascopique oblique

La source  peut encore avoir une forme en anneau. Dans le cas du fond noir diascopique, cet anneau peut être tangeant à la position donnant des rayons dans l'objectif. Cela donne un éclairage particulier, à la limite du fond clair et du fond noir.
Certains condenseurs fond noir permettent ce passage fond clair -fond noir. C'est le cas en particulier du condenseur phase  "Heine" de Leitz.  (voir tests de P.JAMES sur Miscape)
Avec un anneau un peu plus étroit , on passe à ce qui est appelé l'éclairage COL pour "éclairage oblique circulaire". 

Un mélange d'élairage  fond clair et fond noir est utilisé dans le dispositif inventé par J.RHEINBERG en 1896.

Il permet de donner un contraste coloré à des objets transparents.
Il consiste en un filtre assez opaque central donnant en fond clair la couleur du fond et en un filtre en anneau  associé (éventuellement divisé en secteurs) donnant  en fond noir de la couleur sur les zones ou l'échantillon a dévié cette lumière.

En divisant en secteurs de couleurs opposées l'anneau extérieur, il est possible de colorer différemment les structures selon leur orientation.

Voir cette page du Quekett MC pour plus d'informations
Eclairage de Rheinbergauteur schéma: Albega
(source Wikipedia)
Rheinberg bleu axial rouge latéral (DN)
Eclairage de Rheinberg: filtre axial bleu et filtre annulaire externe rouge
En microscopie, d'autres méthodes de modulation de la lumière sont importantes dans les usages actuels :
- Lumière polarisée-analysée (technique dont l'historique est intéressant car sa découverte et son perfectionnement reposent sur de nombreux scientifiques qui ont interagi. Si on attribue le 1er microscope polarisant à TALBOT 1834, il faut citer les précurseurs et continuateurs aussi! MALUS pour la polarisation en 1810, BIOT pour la biréfringence, NICOL pour les fameux prismes polariseurs en 1828, FRESNEL pour les teintes d'interférence, mais aussi BREWSTER, et jusqu'à E. LAND en 1929 pour les polariseurs organiques Polaroïds...  )
- contraste de phase (F.ZERNIKE 1934)
- contraste d'HOFFMAN (1975)
- contraste interférentiel différentiel (surtout selon NOMARSKI 1952)
Je les cite juste. Seule la première est utilisée régulièrement en macro, entre 1 et 40x. Les dispositifs ne sont pas difficiles à règler. Mais ces techniques font appel pour leur compréhension au caractère ondulatoire de la lumière. Et si les dernières peuvent être utilisées à des fins esthètiques  dans toute la microscopie,  elles  n'ont vraiment d'intèrèt scientifique en terme de perception de détails que pour les très forts grandissements, plutot à partir de 100x (objectifs forts de 40x, 60x et 100X)

Daniel NARDIN aout 2014
(texte , 1er schéma et photographies d'exemple sur pollen de Malva)