Comment raccorder un photoscope à un microscope?

La question est souvent posée car les photoscopes ne sont pas toujours prévus à l'achat du microscope qui autrefois n'avait qu'un tube pour un oculaire avant de devenir juste binoculaire.
La sortie trinoculaire, bien que option couteuse est à privilègier à l'achat si on vise de faire intensivement des photos avec sn microscope.
Mème avec une sortie trinoculaire, il peut être nécessaire aussi de trouver des raccords entre produits microscopes et appareils photo de firmes différentes, soit que l'on tienne à utiliser son photoscope habituel, soit que les systèmes dédiés soient trop chers ou n'existent pas pour son modèle de microscope.

I- Principes généraux

Pour pouvoir réaliser des bricolages, il est donc nécessaire de commencer par étudier les bases optiques du microscope et de la photo à partir d'un microscope.

Voici une figure inspirée de GÖKE que j'ai modifiée pour résumer les méthodes d'observation (1) et de photographie (2 à 6) sur un statif de microscope composé.

d'après GÖKE G. "Moderne Methoden der Licht-Mikroskopie" 1988, complèté

Explication des schémas:

* En 1 l'observation visuelle avec une image virtuelle ( il faut alors parler de grossissement).
* En 2 la photographie est possible en créant une image réelle avec un objectif à partir de l'image virtuelle à l'infini.
C'est la méthode de la digiscopie ou ce que l'on appelle aussi méthode afocale.
* En 3 l'oculaire sert à produire une image réelle en défocalisant légèrement le microscope
* En 4 on utilise aussi l'oculaire; mais en évitant la défocalisation en allongeant la longueur de tube
* En 5 un projectif adapté est utilisé. C'est une optique qui va former une image réelle sur le capteur à partir de l'image aérienne primaire dans le microscope.
Le grandissement, qui est le rapport de la taille de l'image réelle sur la taille de l'objet, s'obtient en multipliant les grandissements de l'objectif et du projectif.
* En 6 une image est faite au foyer de l'objectif. On place le capteur dans le plan de l'image primaire. On n'est plus dans le cadre du microscope composé. L'objectif du microscope est utilisé comme un objectif photographique macro.

La méthode afocale s'est développée avec les appareils numériques et mème avec les smartphones photo.
Les bricoleurs peuvent encore utiliser les méthodes 3 et 4 avec oculaire.
Les systèmes avec projectifs des constructeurs donnent de meilleurs résultats. Ils dominaient à la période de l'argentique.
La méthode au foyer tend à devenir prédominante avec les appareils numériques actuels à petits capteurs

II- Les méthodes pour l'amateur en pratique

A- bricolage avec oculaire projetant une image (cas 3 ou 4)
smith

C'est la méthode la plus simple. Elle peut s'appliquer à un vieux microscope monoculaire droit de TP. Voyez ci dessus ce système avec un grand tirage pour couvrir une plaque grand format en 1904!!
Il suffit de placer l'appareil sans objectif avec un pied au dessus (ou dans l'axe) de l'oculaire, assez loin pour que l'image projectée couvre tout le capteur et d'utiliser un manchon de tissu noir servant de racord.

Ce système était répandu chez les amateurs avant que les projectifs ne se développent pour une meilleure qualité (respect des 160mm de longueur de tube)
Certains fabriquants proposaient des tubes de raccord. Il en existe toujours chez certains accessoiristes

Raccord microscope Nikon datant de l'époque Nikon F avec D800

B- système afocal (cas 2) C'est la méthode simple. qui convient actuellement avec des appareils légers et avec n'importe quel microscope. Elle est mème utilisable avec un smartphone. Elle a l'inconvénient d'empècher de regarder aux occulaires durant la prise de vue Elle peut se pratiquer à main levée si on est assez habile pour centrer et placer l'appareil au dessus de l'oculaire. Mais un support ad hoc est préférable. Aux débuts du numérique, certains ont utiisé la correspondance du filetage de filtre de l'objectif du compact avec le filetage de certains oculaires . Cela fonctionnait en particulier avec des oculaires Leitz et des appareils coolpix Nikon	photo d'un smartphone sur support sur oculaire pour montage afocal	photo d'un compact TG-5 Olympus sur oculaire d'un stéréomicroscope Wild M8 par raccord en impression 3D pour montage afocal
	Ces montages sont simples à utiliser et peu couteux. Néanmoins, investir dans une tète trinoculaire permet de mettre en oeuvre les méthodes suivantes, plus qualitatives.

C- au foyer (cas 6)

Cette méthode permet encore un faible encombrement,
mais la couverture du capteur 24x36 est imparfaite si les optiques du microscope ne sont pas "à grand champ". C'est donc une méthode qui s'est développée surtout autour des photoscopes à petits capteurs en monture C. On peut utiliser aussi les hybrides à petit capteur Nikon One, voire à capteur micro4/3, voire mème à capteur APS

Le grandissement est plus faible sur le capteur que pour la méthode suivante, mais c'est compensé par l'agrandissement plus important à l'affichage ou au tirage papier, du au capteur de petite taille ( facteur de "recadrage" de 1,5 entre APS et 24x36...)

Note: Avec les optiques modernes à grand champ, un capteur 24x36 peut semble t il être mis au foyer et Nikon commercialise depuis peu ( 2015? ) des caméras de microscope en monture F avec capteur cmos 24x36 de 16Mpx. (Nikon eclipse L200 et F-mount adapter pour camera DS-Ri2 et DS-Qi2 )

faire meilleure photo ;

Hybride à petit capteur Nikon one au foyer d'un macroscope Wild M420

raccord photo hybride au foyer sur micro

photo d'un système olympus avec capteur au foyer:
hybride OMDE sur microscope BX

D- projectif (cas 5)
C'est la façon traditionnelle de faire avec un reflex. Il y a un double grandissement et cela permet la couverture mème des grands capteurs.
mais ce système est encombrant par sa hauteur et il est donc plus sensible aux vibrations.
Les firmes actuelles ne le proposent plus prioritairement, mais il est possible d'opèrer avec des raccords anciens ou en fabriquant son propre système de tube (exemple tube fileté 39mm).
Ou encore en recherchant des produits de firmes d'accessoires de microscopie comme Martin microscope, LM-scope....

à gauche, système phototube U-spt +
projectif PE + tube diagnostic instruments
et reflex sur microscope olympus BX
faire meilleure photo

à droite , système de raccord artisanal tourné sur le modèle du USPT + projectif PE
(pièce avec collerette TV1-X à la base pour simplifier le travail; commande d'un tracéologue)

Cette dernière image à droite montre les 2 systèmes les plus répandus avec les appareils actuels:
au foyer ou avec projectif.

La différence d'encombrement entre un hybride µ4/3 " au foyer" et un reflex 24x36 avec utilisation d'un projectif est manifeste.

Noter aussi que le capteur de l'hybride est au niveau ou se situe le projectif pour le reflex.

Associations à retenir selon les microscopes et photoscopes:

- système A pour un usage photo occasionnel, sans dépense.
- système B afocal, recommandé avec un compact sur un microscope sans sortie trinoculaire
- système C au foyer, à choisir avec un hybride à petit capteur
- système D avec projectif, avec un reflex

Ces systèmes ont l'avantage de pouvoir utiliser les photoscopes dans un autre cadre que celui de la microscopie.

III- quelques systèmes "tout compris" des fabriquants.

Les firmes de microscopie et de photographie comme Olympus ou Nikon ont proposé des systèmes de chambrs microphotographiques de plus en plus sophistiqués avec des automatismes d'exposition intégrés à la période argentique. Aux débuts du numérique, ils ont proposé des adaptations de compacts numériques en afocal, puis sont passés à nouveau à des systèmes dédiés avec de petites caméras de microscopie en monture C jusqu'en 2015, mais actuellement si les capteurs restent en général de diagonale inférieure au pouce (2/3") , Nikon propose des caméras dédiées jusqu'au format de capteur 24x36.

A- Anciennes chambres photos, pour boitiers argentiques à l'origine

Il s'agit de dispositifs associant visée avec cadre grace à un prisme escamotable et prise de vue avec un obturateur incorporé.
A l'époque des reflexs argentiques , la visée sur le miroir était sombre et avec des irisations selon ls verres de visée, et le mouvement du miroir engendrait des vibrations.
Ces chambres permettaient une visée/map précise et un déclenchement sans vibration grace à un obturateur central incorporé à la chambre qui rendait possible de travailler miroir relevé et rideaux ouverts.
Il existait aussi des chambres 35mm sans obturateur ni miroir, dédiées pour ces systèmes. voir par exemple ce système Olympus PM-30. Elles existaient en version manuelle ou en version avec exposition automatique.
On peut citer en particulier des modèles microflex Nikon et PM Olympus. Voici quelques exemples de ces matériels associés à la gamme Olympus BH2.
Christian Aubert a présenté un modèle d'un fabriquant indépendant sur le forum " le naturaliste".
Ces modèles sont maintenant mis au rebut ou en collection.
On peut toutefois toujours les utiliser, mème si cela apporte peu avec un appareil reflex moderne à cellule incorporée. Il suffit d'adapter le raccord (baionnette F pour nikon) ou bague d'adaptation olympus OM vers monture hybride.

Schéma optique d'une chambre Nikon UFX

chambre Nikon HFM
voir aussi page histoire Nikon PFX

B- caméras numériques de microscopie,
( surtout en monture C = Mic-cam pour petits capteurs, mais depuis 2015 aussi jusqu'au plein format permis par la monture Nikon F )

De nombreux modèles sont apparus avec le numérique. Il y a toute une gamme de sophistication et à des prix très variables.

Les capteurs ont d'abord été petits (fractions de pouce, 1/3" à 2/3" en diagonale). Mais depuis 2015, Nikon commercialise une caméra de microscopie à capteur 24 x36mm DS-Ri2 de 16Mpx

Certaines sont avec leur propre système de controle
C'est dans cette gamme qu'étaient les modèles les plus sophistiqués initialement.

Mais actuellement, ces appareils sont à relier à un microordinateur doté du logiciel de controle La tendance est mème dernièrement à une liaison wifi vers un ordinateur ou un smartphone pour la visée.

Il y a des modèles peu couteux, à petit capteur et à moins de 100€ dans cette catégorie. Ils peuvent se placer avec un complément optique dans le tube porte oculaire d'une tète binoculaire comme dans le tube trino. Ces modèles à petits capteurs sont associés à un projectif réducteur de grandissement (0,5x...)

Ces appareils sont bien adaptés pour ceux qui ne visent que des usages sur écran. Ils permettent aussi assez facilement la réalisation de séquences vidéo.

Les modèles peu couteux engagent peu. Mais la dépendance à un ordinateur fait qu'il peut y avoir obsolescence des pilotes lors de changements de systèmes d'exploitation.
Les modèles des firmes couteux ont eu aussi l'inconvénient de devenir rapidement obsolètes ces dernières années . La course à la sophistication n'est pas encore finie et des systèmes modulaires sont donc un meilleur investissement à long terme...

DS-Ri2 Nikon (2015):
mic-cam pro à capteur CMOS 24x36
reliée à un ordinateur par cable USB3 ou wifi.
(source internet )
mic cam

mic-cam simple DCM510

DP12 Olympus (début années 2000...):
mic-cam pro à capteur CCD 1/1,8pouce,
boitier de carte mémoire avec écran de visée, relié au capteur par un fil.

page DP10 en archive olympus

Les systèmes des firmes sont à mon avis moins évolutifs que les raccords. Ils sont aussi plus chers que ces derniers, qui peuvent facilement changer avec les photoscopes utilisés en parallèle dans d'autres domaines que la microscopie.

Il peut y avoir un débat grands/petits capteurs.
Mais si on investit dans un système à demeure sur son microscope, on peut choisir ces systèmes à petit capteur qui donnent aussi de bons résultats. Avec un fort investissement, on peut aussi utiliser un appareil dédié à grand capteur depuis 2015.

Daniel Nardin
17 Novembre 2019

bibliographie/sitographie:
- GÖKE G. "Moderne Methoden der Licht-Mikroskopie" 1988
- Brochure Nikon "How to use a microscope and take a photomicrograph" (basé sur Nikon optiphot et chambre UFXIIA) s.d. (années 1980)
- présentation orientée vers les produits olympus: https://www.olympus-lifescience.com/en/microscope-resource/primer/photomicrography/filmcameras/.
- livre de A.E. Smith "Nature through microscope and camera" en 1909 https://publicdomainreview.org/collections/nature-through-microscope-and-camera-1909/
- site du forum "le naturaliste" dont les échanges entre micrographes amateurs son très utiles.
- site de microscopie Olympus à l'université de Floride
- pages de photomicrographie sur le site officiel de la firme Olympus
- Olympus museum, microscopes voir en particulier le paragraphe "photographic devices"
- site de microscopie Nikon

- Bases de photomicrographie sur le site du Queckett club et photomicrographie avancée.