lentille de tube pour l'usage d'optiques métallographiques?

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Re: lentille de tube pour l'usage d'optiques métallographiques?

Messagede Gérard Weiss » 02 Mai 2011 01:36

Bonsoir à tous,

Daniel :
A retenir en tout cas, les échanges confirment que la correspondance rigoureuse des focales de l'objectif utilisé comme lentille de tube ne soit pas indispensable pour de bons résultats. Le changement de lentille de tube permet de changer le grandissement comme celui de la longueur de tube avec les optiques finies

Il me semble que ceci mériterait quelques précisions.
Avec une optique à l'infini, l'objectif utilisé comme lentille de tube doit être positionné pour que son plan focal image soit sur la matrice du réflex ou dans le plan focal objet de l'oculaire. Si cette condition n'est pas respectée, l'objectif du microscope devra produire une image qui ne sera plus à l'infini. Il travaillera donc dans des conditions qui ne seront plus celles prévues par le constructeur, et il risquera donc de produire des aberrations. L'importance de ces dernières dépend évidemment de la tolérance de l'objectif à pouvoir s'écarter de ses conditions de fonctionnement optimales.

Même si la condition ci-dessus est remplie, une focale trop longue risque de donner une image trop agrandie et manquant de netteté. Au contraire, une focale trop courte donnera une image bien piquée au centre mais avec probablement des aberrations sur les bords car l'objectif du microscope n'est pas conçu pour donner une image correcte sur un angle aussi large. La focale de l'objectif utilisé comme lentille de tube n'est donc pas critique, mais elle ne doit pas être trop différente de celle des lentilles de tube utilisées par le constructeur. On peut ici facilement faire des tests en photographie.


Dans le cas des optiques finies, la lentille de tube (divergente cette fois) ne sert pas à grossir l'image mais à adapter l'objectif du microscope à la tête bino ou trinoculaire. En effet, pour une longueur de tube de 160mm par exemple, l'objectif du microscope est calculé pour donner une image à une distance optimale de 150mm par rapport à l'épaulement du filetage. Mais la tête avec ses prismes peut avoir une longueur plus grandes, par exemple 180mm. Dans ce cas, on insère donc une lentille de tube divergente qui récupère l'image à 150mm pour l'envoyer à 180mm. L'objectif peut donc travailler dans les conditions prévues par le constructeur et l'image arrive au bon endroit dans la tête. Tout le monde est content !

A noter que certaines têtes binoculaires très compactes ne nécessitent pas de lentille de tube, par exemple celle qui était livrée avec mon Dialux gris.
Bien amicalement,
Gérard
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Gérard Weiss
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Re: lentille de tube pour l'usage d'optiques métallographiques?

Messagede Daniel » 02 Mai 2011 09:02

bonjour Gérard,
merci pour ces précisions.
Avec une optique à l'infini, l'objectif utilisé comme lentille de tube doit être positionné pour que son plan focal image soit sur la matrice du réflex ou dans le plan focal objet de l'oculaire.

Tu fais bien de rappeler cette condition que je considèrais implicitement comme connue.

La focale de l'objectif utilisé comme lentille de tube n'est donc pas critique.

C'est ce qui apparait dans différents essais... Mais les perfectionnistes doutent, peut être avec raison dans l'absolu?

mais elle ne doit pas être trop différente de celle des lentilles de tube utilisées par le constructeur.

Donc pour pouvoir juger de l'effet de la variation de la focale de lentille de tube avec des objectifs infinis de différents constructeurs, il est nécessaire de connaitre la valeur utilisée par différents constructeurs (ou dans différentes séries dans le temps ou mème dans les gammes d'objectifs puisque l'on constate des variations au moins chez la firme Zeiss). A défaut de disposer des données constructeurs, il faudrait que les propriétaires puissent mesurer la valeur pour leur appareil, mais ce n'est pas facile lorsque la lentille de tube n'est pas détachable de la tète.

en définitive, un tableau des caractéristiques des produits actuels à l'infini des différentes firmes serait utile.
Je l'ai commencé à cette adresse:
https://spreadsheets.google.com/ccc?key ... oPQH#gid=0

Accessoirement, une base de donnée des appareils possèdés par les membres serait utile pour des échanges de conseils sur les "trucs" et accessoires spécifiques de chaque marque. Mais c'est un autre sujet...

Amicalement
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Re: lentille de tube pour l'usage d'optiques métallographiques?

Messagede Gérard Weiss » 02 Mai 2011 18:54

Bonsoir à tous, Daniel,

J'ai osé le dire :oops: :
La focale de l'objectif utilisé comme lentille de tube n'est donc pas critique, mais elle ne doit pas être trop différente de celle des lentilles de tube utilisées par le constructeur

En fait, ceci n'est vrai que lorsque la diagonale de la matrice du réflex est sensiblement égale au diamètre du champ de l'oculaire. Autrement, la focale de la lentille de tube est établie en fonction à la fois de cette diagonale et du "champ angulaire" de l'objectif du microscope dit "à l'infini", mais elle ne dépend pas directement de cet objectif. Explication.

110502_Formation image avec optique infinie.jpg
Exif et Meta MicroCartouche 110502_Formation image avec optique infinie.jpg (45.35 Kio) Vu 6221 fois


L'objectif projette à l'infini une image de l'objet AB. A la sortie de cet objectif, les faisceau lumineux issus de chaque point de l'objet, A, B, ou n'importe quel autre, sont donc parallèles, et la lentille de tube les fait converger dans son plan focal image qui doit donc coïncider avec la matrice du réflex afin de pouvoir recueillir l'image A1B1. Le faisceau bleu AA1 est sur l'axe optique et ne pose pas de problème.

Le faisceau rouge BB1 n'est pas sur l'axe optique et il forme un angle (a) avec cet axe lorsqu'il sort de l'objectif. Mais l'objectif a un champ limité et l'angle (a) ne peut pas être aussi grand que l'on veut. L'opticien a donc calculé son objectif pour qu'il donne une image acceptable jusqu'à une certaine valeur de (a) qui définit ainsi un "angle de champ" fixé par un cahier des charges.

Comme les matrices des réflex peuvent avoir des dimensions très diverses, une bonne adaptation consisterait à choisir une lentille de tube avec une focale F pour que la distance A1B1 soit égale à la demi-diagonale de cette matrice. On a donc :

    F = D / ( 2 x tg(a) ) avec :
F = focale de la lentille de tube
D = diagonale de la matrice
a = angle de champ de l'objectif.

Mais on peut avoir deux bonnes raisons de s'écarter de cette valeur de F ainsi calculée.

Si la matrice a un nombre insuffisant de pixels comparé à la résolution* de l'objectif, on peut augmenter F pour avoir une image plus grande. La photo fera donc apparaitre plus de fins détails, mais se sera au détriment du champ.

Si au contraire la matrice a un très grand nombre de pixels comparé à la résolution* de l'objectif, on peut alors réduire F pour agrandir le champ sans perdre de fins détails sur la photo.

* Par le terme "résolution", il faut entendre ici la finesse de l'image produite par l'objectif. En pratique, et en supposant évidemment que la mise au point est correcte, on peut évaluer sur la photo en nombre de pixels le "flou" des contours d'un objet. Si ce flou s'étend sur 5 ou 6 pixels ou plus, donc si la photo n'est pas nette, on peut réduire la focale de la lentille de tube pour augmenter le champ sans perdre de détails. Si au contraire ce flou ne s'étend que sur 2 ou 3 pixels, donc si la photo est très nette, on peut essayer d'augmenter la focale de la lentille de tube pour agrandir l'image et faire apparaitre plus de détails, mais à condition évidemment que ça n'augmente pas le flou lui-même...


En conclusion, le photomicrographiste dispose d'une certaine marge de manoeuvre pour choisir la focale de la lentille de tube selon qu'il veut privilégier la résolution ou le champ de la photo. Mais il ne peut cependant pas faire n'importe quoi au risque de n'obtenir qu'une photo grossière même au centre ou au contraire une photo affectée d'aberrations importantes vers les bords. C'est par des expérimentations qu'il trouvera le meilleur compromis en fonction de son matériel, mais il devra veiller à ce que la matrice du réflex reste bien dans le plan focal image de la lentille de tube.
Bien amicalement,
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Re: lentille de tube pour l'usage d'optiques métallographiques?

Messagede PierreH » 02 Mai 2011 21:13

Bonjour,

pour compléter le tableau chez Nikon :
- objectifs CF IC Epi : infini 200mm, montage RMS, équilibrage 45 mm (CF IC)
- objectifs CF IC BD : infini 200mm, montage M27, équilibrage 45 mm (CF IC)
- objectifs L, LU (modèle Eclipse): infini 200mm, montage M25, équilibrage 60 mm (CFI60)
- objectifs LU BD : infini 200mm, montage M32, équilibrage 60 mm (CFI60)
Microscopes Zeiss WL, CP, DIC, épifluo, épiscopie HD, obj. Neofluar Phase, Plan-Neofluar 63, Optovar, écl. LED Seoul P4 3W
Stéréomic. Leica MZ12.5 Combi 3 Planapo 1x 2x, OPD Planapo 10x, écl. Schott KL1500LCD. Leica M3Z Plan Type S
Terrain Open University McArthur LED, Nikon Naturescope Mini, Emoscop SME LED, Belomo x10
Photomacroscope agrand. Kaiser modifié, Luminar 16mm, Apo-Rodagon N 50mm 2.8, Nikon CF 10 & 20x Plan EPI
APN Canon 450D téléc. USB, Fuji X10 Raynox DCR-250
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Re: lentille de tube pour l'usage d'optiques métallographiques?

Messagede Daniel » 03 Mai 2011 08:55

Bonjour,
Pierre,
merci pour ces infos qui ajoutent les valeurs de filetage des optiques métallographiques fond noir Nikon avant dernière et dernière génération.
En fait, mon tableau était concu au départ sur les modèles de statifs de microscopes possèdés par des membres, partant de l'idée que les caractéristiques des optiques découlaient du statif. Or, un mème statif peut porter des séries d'objectifs différentes par exemple métallographiques fond clair ou fond noir chez Olympus en changeant la tourelle , optiques en 160 ou en 170 sur Ortholux avec certaines conditions.

En fait il me faut garder l'idée d'un tableau des séries d'optiques de microscope. Je l'associerai dans une base de donnée à un tableau des modèles de microscopes et éventuellement, s'il y a du suivi, à un tableau des microscopes des membres. Mais il faudrait relancer l'idée dans un autre post...

Gérard,
dans ton post, en plus d'insister sur la nécessité de placer le capteur au foyer de la lentille de tube, tu montres que, dans un système à l'infini, la lentille de tube peut servir à l'adaptation du champ imagé sur le capteur, dans les limites permises par l'angle de champ et le pouvoir de résolution de l'objectif.

En théorie, les constructeurs actuels affirmant que toute la correction chromatique est dans les objectifs à l'infini, que celle ci est excellente ...! (Nikon CFI , Olympus UIS, Zeiss ICS...), Il me semble qu'effectivement on devrait pouvoir faire varier cette focale de façon assez importante.
En pratique, effectivement, autour de la focale théorique pour mes Olympus M (anté UIS), j'ai essayé divers objectifs mis au point à l'infini et des bonnettes avec un tirage les mettant au point à l'infini. Tout cela donne une image exploitable. Mais mon zoom 70-180 ou mes optiques macro sont loin de la lentille mince théorique. Les bonnettes sont plus simples, mais imparfaites aussi, la, une bonnette achromatique donne de meilleurs résultats qu'une bonnette de base.

Mais il reste que les constructeurs ne font pas varier la focale de leur lentille de tube pour l'adapter à des formats de capteurs (certes ceux ci sont tous petits actuellement et il y a aussi des raisons de construction mécanique). Ils préconisent de la mème façon une certaine gamme de distances entre l'objectif et la lentille de tube (alors qu'en théorie cette gamme est "infinie"!).
Ne crois tu pas que les modèles optiques théoriques des constructeurs soient plus compliqués et que pour des résultats optimaux, il y a des contraintes qui pèsent sur la lentille de tube et qu'il serait préférable de respecter la focale prévue par le constructeur?

C'est semble t il ce que pensent mème les expérimentateurs empiristes du forum photomacrography. Ils font des essais avec des lentilles variées et cherchent à s'approcher des caractéristiques constructeurs. Certains ont investi dans des lentilles de tube Mitutoyo dédiées à un constructeur et onéreuses!
Mais d'autres ont inspiré l'achat par Jean marc d'un doublet de caractéristiques approchant seulement celles de la lentille dédiée par Nikon à l'objectif utilisé. Ma foi, cela donne d'excellents résultats et on peut largement s'en contenter. C'est surtout la curiosité qui me pousse à me demander si une lentille de caractéristiques plus précises pourrait être meilleure? ou en tout cas, comment choisir un substitut de lentille de tube de la marque pour des macrophotographies de qualité avec un objectif de microscope à l'infini d'un constructeur donné?

Amicalement
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Re: lentille de tube pour l'usage d'optiques métallographiques?

Messagede Gérard Weiss » 03 Mai 2011 19:48

Bonsoir Daniel,

...Tout cela donne une image exploitable. Mais mon zoom 70-180 ou mes optiques macro sont loin de la lentille mince théorique.

Les lentilles de tubes sont habituellement minces car il n'y a pas besoin de corrections très poussées puisque l'on reste dans "l'approximation de Gauss", c'est à dire avec des rayons lumineux proches de l'axe optique et peu inclinés par rapport à lui. Mais ce n'est pas une obligation. J'ai le souvenir de la vue en coupe d'un Orthoplan ou la lentille de tube était ici un véritable ensemble optique avec plusieurs groupes de lentilles !
Par ailleurs, une lentille mince peut être remplacée, avec certaines restrictions cependant, par un objectif épais de même focale. L'objectif comporte deux plans optiques à partir desquels on applique les formules de conjugaison habituelles (voir son cours d'optique géométrique préféré), la lentille mince n'étant qu'un cas particulier dans lequel les plans optiques sont confondus. Avec l'objectif épais, il faut juste prévoir un décalage des positions des foyers, de l'objet et de son image, ce décalage étant égal à la distance entre les plans optiques. Autrement, tout reste identique, sauf que l'objectif épais est en principe mieux corrigé qu'une simple lentille mince...

L'utilisation d'un objectif épais comme lentille de tube peut quelquefois poser un problème lorsque sa lentille frontale est trop éloignée du plan optique objet. Dans ce cas, voir mon schéma dans le post précédent, on ne peut pas rapprocher suffisamment l'objectif (celui du microscope) qui viendra buter contre cette lentille frontale, et le faisceau lumineux périphérique en rouge sera donc traité par la partie périphérique des lentilles de l'objectif épais, voire purement et simplement arrêté si ces lentilles n'ont pas un diamètre suffisant. Dans le premier cas, l'image sera dégradée sur les bords. Dans le second cas, il y aura vignettage.

A mon avis, ce problème ne devrait pas se poser avec les télé-objectifs fixes qui sont très compacts, au contraire des zooms qui sont souvent plus longs.


Les bonnettes sont plus simples, mais imparfaites aussi, la, une bonnette achromatique donne de meilleurs résultats qu'une bonnette de base.

J'ai acheté une vrai bonnette achromatique de marque Marumi pour mon APN compact. Elle est également traitée anti-reflet. Le résultat est meilleur qu'avec une bonnette "standard". A noter que j'utilise avec la tête trino Orthoplan de mon microscope la lentille de tube d'un vieux Laborlux noir. C'est un ensemble mince, très certainement un doublet achromatique divergent de 800mm de focale environ, et ça va très bien. (Coup de chance, l'adaptation est bonne puisque je peux respecter au millimètre près la longueur de tube de 160mm !)


Mais il reste que les constructeurs ne font pas varier la focale de leur lentille de tube pour l'adapter à des formats de capteurs

La priorité est d'abord d'envoyer les images vers les oculaires !


Ne crois tu pas que les modèles optiques théoriques des constructeurs soient plus compliqués et que pour des résultats optimaux, il y a des contraintes qui pèsent sur la lentille de tube et qu'il serait préférable de respecter la focale prévue par le constructeur?

La focale de la lentille de tube prévue par le constructeur me semble dépendre de la géométrie du microscope et de la position des oculaires. Je ne vois pas quel rapport elle pourrait avoir avec la conception de l'objectif tant qu'on ne lui demande pas de corriger des aberrations résiduelles de celui-ci ???

Je viens de penser à un test qui pourrait être intéressant. Échanger les objectifs de deux microscopes à l'infini de marque différente. A mon avis, un même objectif devrait donner une même qualité de résultat sur un microscope ou sur l'autre, dans la mesure où ces deux microscopes sont de qualité équivalente bien sûr.


C'est surtout la curiosité qui me pousse à me demander si une lentille de caractéristiques plus précises pourrait être meilleure?

Moi aussi, c'est la curiosité qui m'a poussé à creuser un peu cette question bien que je ne possède pas de microscope à l'infini. J'avais déjà été amené à regarder ce problème d'adaptation pour pouvoir utiliser une tête trino d'Orthoplan sur mes microscopes : un Laborlux ancien et maintenant un Dialux.


comment choisir un substitut de lentille de tube de la marque pour des macrophotographies de qualité avec un objectif de microscope à l'infini d'un constructeur donné?

C'est à cette question que j'ai essayé de répondre dans mon post précédent. Mais il est difficile de donner des consignes générales car les cas de figure de chacun peuvent être trop différents. Quelques connaissances en optique me paraissent nécessaires si on veut comprendre ce qui se passe, arriver plus vite au but recherché et ne pas s'en remettre seulement à la chance... ;) Désolé !
Bien amicalement,
Gérard
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Re: lentille de tube pour l'usage d'optiques métallographiques?

Messagede Daniel » 13 Juin 2011 23:06

Gérard Weiss a écrit:Avec une optique à l'infini, l'objectif utilisé comme lentille de tube doit être positionné pour que son plan focal image soit sur la matrice du réflex ou dans le plan focal objet de l'oculaire. Si cette condition n'est pas respectée, l'objectif du microscope devra produire une image qui ne sera plus à l'infini. Il travaillera donc dans des conditions qui ne seront plus celles prévues par le constructeur, et il risquera donc de produire des aberrations. L'importance de ces dernières dépend évidemment de la tolérance de l'objectif à pouvoir s'écarter de ses conditions de fonctionnement optimales.

Je le pensais aussi et j'ai fait mes tests à l'infini.

Depuis, j'ai testé pour un autre post, un zoom télébobjectif pour obtenir la couverture du plein format en augmentant la focale de la lentille de tube. J'ai du aller presque à 400mm...

Dans un 3e post,
viewtopic.php?f=56&t=8229&start=20#p44333
Jean-Marc nous a appris que des macrophotographes avec des boitiers plein format utilisaient une lentille de tube de 240mm de focale.
Je ne pense pas qu'ils les utilisent avec du vignetage. Je serais étonné qu'ils utilisent un soufflet avec une vingtaine de cm de tirage...
Il y a donc matière à penser qu'ils utilisent l'objectif en dehors de l'infini.

J'ai repris le dispositif photographie plus haut. J'ai mis une bonnette basique de 4 dioptries, donc 250mm de focale. Je l'ai mise au point à l'infini avec le soufflet. J'ai fixé l'objectif 5x et j'ai fait une série de clichés d'un règlet en diminuant le tirage.

Premier constat, imprévu, cette bonnette de diamètre 52mm couvre complètement le format du capteur à l'infini!
(est ce un problème d'ouverture maximale? pourtant mon télé à 5,6 est à peine moins lumineux que cette lentille de 250/52= 4,8)

2e constat, prévisible, l'abaissement du tirage diminue le grandissement et conserve bien sur la couverture du plein format. Il reste à évaluer dans quelle mesure cela s'accompagne d'une perte en qualité.
Mais il faudra pour cela un test sur pied avec une mise au point effectuée aussi rigoureusement sur chaque cliché car pour l'instant à main levée et sur l'écran arrière du boitier mème en mode loupe, la perte de qualité n'est pas flagrante!
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Re: lentille de tube pour l'usage d'optiques métallographiques?

Messagede Christian » 14 Juin 2011 15:30

Bonjour Daniel, tous,
Merci pour tes essais !
Je ne sais pas si cela amènera quelque chose de nouveau à ta liste en cours, mais voici ce que l'on trouve sur le site de Nikon :
> http://www.microscopyu.com/articles/opt ... ptics.html (l'article est très intéressant !)
Peut-être que ce lien a déjà été donné ? :grat:

longueur_tube_infini.jpg
Exif et Meta MicroCartouche longueur_tube_infini.jpg (11.35 Kio) Vu 5919 fois


Au passage et pour info, sur ma tête "Opak Metallo" pour Leitz Ortholux, j'ai une lentille de tube de "infini - 223" ...

Opak_Metallo.jpg
Exif et Meta MicroCartouche Opak_Metallo.jpg (43.9 Kio) Vu 5923 fois
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Re: lentille de tube pour l'usage d'optiques métallographiques?

Messagede Fredlab » 14 Juin 2011 15:55

Hello

Christian a écrit:longueur_tube_infini

Il me semble avoir vu trainer ces valeurs dans un des fils, mais je me demande si c'est adapté à un capteur de boitier... il semblerait que 200 mm pour du FX (24x36), ça soit insuffisant (test de Daniel)
Ensuite, on peut lire qu'un utilisateur de Canon EOS 5 D (Full Frame) utilise une lentille de tube de 240 mm...
Bref, à part bidouiller, je ne vois pas trop comment je vais passer à l'infini.
(mais je n'ai peut-être pas tout compris)

Sinon, sur ta lentille de tube, le 223 correspondrait à une focale ? et ça permettrait de couvrir quel capteur ?
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Re: lentille de tube pour l'usage d'optiques métallographiques?

Messagede Daniel » 14 Juin 2011 16:56

Bonsoir,
Christian, Fred a raison les valeurs de focale des lentilles de tube des 4 grands ont été rappelées à plusieurs reprises et par Pierre au début de ce fil (ceci dit j'ai toujours l'ambition d'un tableau plus complet, mais pour l'instant ces valeurs suffisent avec les objectifs à utiliser).

Fred a écrit:je me demande si c'est adapté à un capteur de boitier...
il semble que les valeurs de focale des constructeurs sont surtout adaptées à la géométrie de leurs microscopes.
Comme l'a écrit Gérard:
"La priorité est d'abord d'envoyer les images vers les oculaires !"

Fred a écrit:le 223 correspondrait à une focale ? et ça permettrait de couvrir quel capteur ?
oui vraisemblablement. Et cela permet de couvrir le cercle image des oculaires. Je ne connais pas la valeur chez Leitz. Chez Olympus, les oculaires basiques ont un cercle image de 18 ou 20; et la valeur est de 26,5 pour les supergrand champ.

Mais manifestement (cf plus haut), il est possible d'adapter ce champ en variant la focale de la lentille de tube: une focale plus longue agrandit l'image et couvre donc un cercle de la taille du full frame dès 240mm d'après les échos sur flickr et d'après mon récent test d'une bonnette 4 dioptries en 52mm de diamètre.
(Je ne sais pas ce qui se passe avec le zoom 80-400 qui nécessite de passer à 400 pour avoir la couverture.
Désolé Fred de t'avoir effrayé, mais je pense que tu devrais pouvoir réaliser un montage satisfaisant mème avec tes exigeances de qualité! Il te reste à t'acheter au moins une optique à l'infini encore.)

Une adaptation du champ avec une lentille de tube non focalisée a l'infini est aussi envisageable, mais il faut vérifier la dégradation de l'image associée. Il serait intéressant de connaitre la position des éléments des photgraphes full frame de flickR. Je ne pense pas qu'ils travaillent avec le tirage important (de l'ordre de 20cm) nécessaire pour avoir l'infini mis au point sur le capteur pour la lentille de tube et pourtant ils ont de bons résultats...
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