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Les objectifs corrigés à l’infini

Et voilà mon système optique pour l’utilisation d’objectifs de microscope corrigés à l’infini (jusqu’à 20:1 en ce qui me concerne). 

Contrairement à un objectif fini dont les rayons sortants convergent,

avec un objectif corrigé à l’infini, les rayons sortant sont parallèles.

Il faut passer par une lentille convergente pour reformer l’image sur le capteur.

  Ce segment optique s’appelle une lentille de tube (ou Tube Lens).

La lentille de tube utilisée ici est une Raynox DCR-150 (bonnette macro), sa longueur focale est de 208.33mm (pour une mise au point à l’infini). 

Mme Raynox doit donc être placée précisément à cette distance du capteur pour que l’image soit formée le plus nettement possible. 

Il faut donc tenir compte de l’écart entre le capteur et la monture de l’appareil photo, et le retrancher à la distance focale utile pour obtenir la longueur de tube nécessaire à l’obtention des 208,33mm. 

Ce sera donc 208,33 – 44 = 164,33 mm, dans le cas d’un boitier Reflex Canon à monture EF (puisqu’avec ces modèles, l’écart entre le capteur et la monture est de 44mm). 

J’ai choisi d’obtenir ici cette longueur à l’aide d’un soufflet et deux bagues d’allonge. 

Le soufflet seul aurait été légèrement trop court, j’ai donc rajouté 37 mm à l’aide de 2 bagues d’allonge. Le soufflet ne sera donc pas étendu entièrement, et cela permettra de régler précisément la longueur nécessaire.

L’objectif corrigé à l’infini, contrairement à l’objectif fini avec lequel on obtient une image à une distance focale précise car ses rayons convergent, permet donc la formation d’une image correcte à partir de différentes longueurs focales. L’important étant de passer à un moment du chemin “objectif -> capteur ” par la lentille convergente, pour faire converger les rayons de ce point précis jusqu’au capteur sur lequel l’image sera reformée. 

Les données constructeur optimales de l’objectif informent que c’est à une longueur focale de X mm que l’on obtiendra les meilleures performances pour un rapport de grandissement donné.

Par exemple avec les objectifs corrigés à l’infini, Mitutoyo M Plan Apo, que j’utilise, les données optimales indiquent que cette longueur focale est de 200mm pour obtenir le grandissement inscrit sur le baril de l’objectif 

C’est donc à 200 mm du capteur (avec ces données-là) que doit se trouver la lentille convergente (ou système similaire), car pour rappel, c’est à partir de ce point que les rayons convergent. 

Cette lentille de tube doit donc elle-même être construite pour une utilisation optimale à longueur focale 200mm.

L’objectif étant extrêmement performant, on peut tout de même s’éloigner dans un sens ou l’autre de cette “longueur constructeur” et obtenir de très bons résultats. 

Si on est en dessous de cette focale, le grandissement sera plus petit et il y aura du vignettage, et si on dépasse cette focale, le rapport de grandissement sera plus important que celui inscrit sur l’objectif.

Il faudra à ce moment-là choisir une lentille convergente optimisée pour cette longueur focale désirée. C’est pourquoi l’utilisation de zooms 70-200 mm a la faveur de nombre d’utilisateurs ; ils contiennent le tube et le système de lentille convergente que l’on peut faire varier de 200 à 100 mm, de manière à diviser jusqu’à 2 le rapport de grandissement sans changer de système. 

De cette façon, un objectif 10:1 pourrait être utilisé à un rapport 5:1 et évidemment à tous les rapports intermédiaires.

La formule est simple : (grossissement inscrit sur l’objectif * focale utilisée) / focale conseillée par le constructeur = rapport de grandissement effectif

Exemple avec un objectif Mitutoyo 10x : la focale que j’utilise ici est 200 mm, et la focale conseillée par le constructeur est 200 mm. Ce qui donne 10*200/200 = 10. On a bien un rapport de grandissement de 10:1 avec ce montage (pour être très précis, avec l’utilisation de la bonnette macro Raynox DCR-150, le rapport de grandissement effectif est exactement 10,41:1, car 10*208,33/200 = 10,41).

Si j’utilisais une Raynox DCR-250, ayant une focale de 125mm (Rappel : il faudrait donc 81 mm de tube + 44 mm qui séparent le capteur de la monture pour obtenir cette longueur), j’obtiendrais un rapport de grandissement  de 6,25:1 car 10×125/200 = 6,25

En revanche, si j’utilisais une longueur de 300mm, avec une autre lentille, adaptée à cette longueur, j’obtiendrais un rapport de grandissement de 15:1 (10*300/200).

On varie donc le rapport de grandissement en éloignant plus ou moins cet objectif et la lentille de tube du capteur.  

Il y a de ce fait 2 longueurs focales à considérer pour obtenir le grandissement voulu : celle optimale pour l’objectif de microscope, donnée par le constructeur et dont dépend le rapport de grandissement inscrit sur le baril, et celle de la lentille convergente choisie, qui avec la formule donnera le grandissement effectif.  

On pourrait aussi penser utiliser une lentille convergente avec une focale de 180 mm, et rajouter après cette lentille 70 mm de tube pour augmenter la focale de l’objectif de microscope à 250 mm (180 mm +70 mm), afin d’obtenir un rapport de grandissement de 12,5:1 (10*250/200)…. Mais ce n’est pas comme ça que ça marche ! La seule focale à prendre en compte pour le rapport de grandissement est celle de la lentille de tube, peu importe qu’il y ait un grand ou petit espace entre la lentille et l’objectif corrigé à l’infini. Dans cet exemple, la focale effective pour le rapport de grandissement reste 180 mm car, encore une fois, c’est à partir d’elle que les rayons convergent et par conséquent, que la formule se calcule. Le rapport de grandissement serait donc tout simplement 10*180/200 = 9


Il est, comme écrit plus tôt, possible d’utiliser un autre système optique que le soufflet (ou tube hélicoïdal ou bagues d’allonge, etc) + bonnette macro en guise de tube + lentille convergente. 

S’il est de bonne qualité, avec une grande ouverture, et mise au point à l’infini possible, on peut tout à fait utiliser un objectif classique. Il suffit de choisir la bonne focale pour obtenir le bon rapport de grandissement. Par exemple, toujours avec ce même objectif 10x, on peut utiliser un 70-200 f/2.8  avec mise au point à l’infini et réglé sur 200mm pour obtenir notre 10:1

Il suffira à ce moment-là de trouver la ou les bague(s) d’adaptation pour passer du filetage avant de l’objectif photo (là où l’on visse les filtres), au filetage de l’objectif du microscope. Et on pourra diminuer le rapport de grandissement en dézoomant.

Le “problème” rencontré lors d’une telle utilisation, est que ce genre d’objectif n’est pas “Plan” et l’image est alors d’excellente qualité au centre, mais de plus en plus déformée au fur et à mesure de la périphérie.