Les microscopes métallographiques en macrophotographie

L'images des microscopes dans le grand public est celle des microscopes biologiques prévus pour observer des préparations entre lame et lamelle par transparence. Mais les métallurgistes et les chercheurs en science des matériaux utilisent une autre catégorie de microscope, destinés à observer la surface d'objets éclairés par dessus. On dit que l'observation se fait en épiscopie, par opposition à la diascopie pour les microscopes biologiques par transparence.

Il est possible de détourner ces appareils pour de la super macro, au dela du rapport10x, ou les bancs macro habituels commencent à nécessiter un tirage conséquent.

En effet, ce qui caractérise la microscopie, est la construction optique du microscope composé qui agrandit 2 fois l'image: une première fois par l'objectif (comme en photo classique) et une 2e fois par l'oculaire (ou ce que l'on appelle un projectif qui va créer une image réelle sur le capteur photographique). ce principe permet d'obtenir des grandissements bien plus élevés que ceux obtenus avec une seule optique (jusqu'à 100x voire 200x avec un objectif de 40x associé à un projectif de 2,5 à 5x).

Microscope épiscopique Olympus BHM

Usage de microscopes métallographiques complets

Voici l'aspect d'un microscope métallographique équipé d'une sortie trino pour la photo. Il diffère d'un microscope biologique par l'absence de condenseur et par la présence d'un "tube intermédiaire" épiilluminateur.

Les objectifs sont différents aussi . Ils sont prévus pour fonctionner sans lamelle. Ce n'est pas important pour les faibles valeurs 4x ou mème 10x. Par contre, cela améliore beaucoup la qualité à partir de 20x.

Enfin, depuis les années 1980, ces objectifs sont du type "à l'infini'; ce qui implique la présence d'une lentille de tube dans l'illuminateur.

Les illuminateurs peuvent être simples avec juste une position "en fond clair" avec un éclairage axial qui est prévu pour les surfaces métalliques planes. Mais qui génère des reflets désagréables sur les sujets biologiques ou minéraux à surfaces complexes.
Les illuminateurs plus performants ont une 2e position correspondant au "fond noir" qui donne un éclairage annulaire en étant associé à des objectifs adaptés (séries NEO Olympus ou BD Nikon).

Pour la photographie de sujets avec du relief, il est préférable d'éclairer , "en fond noir". Cela peut s'obtenir simplement avec les objectifs faibles comme en photo générale, avec un éclairage latéral. Mais à partir de 20x, il est préférable de disposer d'un dispositif d'éclairage en fond noir annulaire qui est rendu nécessaire par la faible distance entre la lentille frontale des objectifs et les sujets.

Toutefois, à partir de 20x: la distance de travail pose d'autres problèmes. Elle n'est que d'une fraction de millimètre pour les objectifs métallographiques prévus pour travailler sur des surfaces planes. Pour observer des sujets à surface complexe avec du relief, il faut utiliser des objectifs à longue distance de travail . Ils existent dans les marques habituelles de microscope, mais ne donnent accès qu'à une distance de travail de quelques millimètres aux plus forts grossissements.

Voici le genre d'images que permettent les microscopes épiscopiques (Olympus BHM, objectif Neo 40x LWD et projectif NFK 2,5x) :

fond clair

fond noir

Ce sont des grains de pollens à un grandissement de 100x sur le capteur du Sony NEx 7. Le champ est de 0,24mm

Le luxe, un microscope Mitutoyo:

Pour avoir plus de marge de sécurité pour éviter des contacts objectifs objets et pour éclairer de façon habituelle , il faut disposer d'une distance de travail encore plus forte. C'est obtenu avec des objectifs ayant des caractéristiques différentes des objectifs classiques, en particulier une distance de parfocalité plus élevée (95mm au lieu de 45mm traditionnellement). Cette caractéristique est celle des optiques de la firme Mitutoyo et de ses clones.

Ci contre, un microscope métallographique Mitutoyo, le FS70. Constatez la distance de travail confortable. Il est prévu avec une sortie photo en monture C sur l'image primaire. Mais une sortie plus classique avec un projectif est possible. (il y a aussi un illuminateur coaxial avec source éloignée par fibre optique qui ne serait pas recommandé pour la macro ou il faut préférer un éclairage à fond noir).

Il y a sur le net un exemple de témoignage de l'usage de ce type de microscope, celui d'E.Savazzi avec un FS60.

Olympus BHM transformé en banc macro pour objectifs Mitutoyo avec capteur de COI sur image primaire (Sony NEX)

Des bricolages autour des optiques Mitutoyo:

A coté des microscopes complets, on peut citer des constructions à base de composants de microscopes, en particulier, des objectifs Mitutoyo, adaptés pour la photographie.

1er exemple: grace à l'identité de filetage des objectifs NEO Olympus avec les optiques Mitutoyo, il est possible de constituer un statif sur une base d'Olympus BHM en profitant de la grande distance de travail des optiques Mitutoyo.

Pour cela, il a fallu fixer une platine plus bas qu'à l'origine. Par contre, la lentille de tube Olympus a été utilisée.
Enfin, la tète trino a été raccourcie pour pouvoir fixer un boitier COI Sony au niveau de l'image primaire.

Dans cet exemple, le microscope n'est utilisé que pour son statif avec des mouvements sur trois axes: verticaux fins pour la zedification et des mouvements croisés de la platine en X et Y. Le système optique est un banc macro avec pour objectif le mitutoyo et sa lentille de tube et le capteur du COI.

2e exemple, plus simple, il est possible de faire un banc optique équivalent autour d'optiques Mitutoyo avec juste un objectif photo standart de focale adaptée pour lentille de tube.
L'ensemble est monté sur un rail de récupèration avec moteur pas à pas.