CONSTRUIRE UN MICROSCOPE INVERSÉ

' ELECTRONIQUE '

par Jean-Marie Cavanihac,

 

 


J'en conviens, le titre est accrocheur mais vous aurez remarqué que le mot 'électronique' est entre guillemets car il n'est évidemment pas question de construire un microscope utilisant des faisceaux d'électrons, ce qui n'est pas à portée de l'amateur. Cependant le qualificatif n'est pas tout à fait usurpé car à part la lentille d'objectif, il n'utilise que des composants électroniques : éclairage électronique par LED, capteur d'image CCD (web cam) et the must : .... Focalisation électronique ! Et en plus il ne coute pratiquement rien !!!

Comment promouvoir la microscopie : sur les 23 millions d'internautes en France, il doit bien y en avoir 10 % soit 2,3 millions qui ont une Webcam.... et combien qui ont un microscope ?? : 400 (en comptant large) ?? soit 0,0002 % (c'est quasiment de la dilution homéopathique !) , bref ceci pour dire que les internautes possesseurs de web cam n'ont plus d'excuses pour ne pas s'intéresser à la microscopie !!

Vous allez penser que j'ai abusé du 'pastis', mais au risque de passer pour le Mac Gyver de la microscopie (encore que j'aime bien le personnage ...) j'espère que vous trouverez ce petit article divertissant et utile. Mais quel est l'usage d'un inversé qui, comme chacun sait, a son objectif sous la lame ? L'intérêt scientifique majeur est de dégager la platine porte objet pour y mettre éventuellement des récipients plus larges ou contenant beaucoup de liquide. Par ailleurs il permet de mieux accéder au contenu pour, par exemple, faire de la culture cellulaire, réaliser les Fécondations In Vitro etc..

Pour ceux qui travaillent sur des échantillons liquides et qui veulent observer des phénomènes parfois longs, il est indispensable, en effet, de conserver une quantité d'eau suffisante à la survie du spécimen ( évaporation, concentration de sel... ) . Mais une autre raison est d'éviter de tremper les objectifs dans un liquide qui peut être agressif et oxyder leurs parties métalliques même s'il s'agit d'eau prétendue douce, ou plus grave, de risque de contaminer les cultures.

J'ai récupéré un inversé simple (WILLOVERT) que j'utilise souvent au plus faible grossissement (2,5 X ) pour trier les échantillons ou pour regarder sous des lames puits ou boites à culture et c'est vraiment très pratique

Mais passons à la réalisation !

La pièce essentielle ne devrait rien vous coûter si vous demandez à une société réparant des ordinateurs de vous donner un ou deux lecteurs de CDROM défectueux plutôt que de les mettre à la poubelle. (NB : cela devrait marcher aussi avec des lecteurs de CD, DVD, baladeurs etc...) En démontant avec précaution ce lecteur ( ou vous pouvez récupérer aussi de la petite visserie, petits moteurs ...) vous allez trouver au centre la partie optique du lecteur qui comprend plusieurs éléments selon le schéma ci dessous.

La partie contenant la diode laser, les cellules de suivi de piste et de lecture (photorécepteur) , est en général une pièce en alu moulée, surmontée (fixé par 3 vis en général) d'un bloc optique comprenant la lentille et son asservissement de position. Voir photos ci dessous. Au dessous la diode laser est latérale et éclaire le CD par un petit miroir semi transparent (en orangé sur l'image ci dessous) .Il faut noter, que dans l'axe du laser se trouve une petite pièce de 5 mm de diamètre qui est un réseau diffuseur (voir image de droite avec micromètre de comparaison ajouté: pièce à récupérer pour faire un micromètre objet !!))

Le bloc optique , en photo ci dessous, intègre deux groupes de bobines mobiles en face d'aimants, asservis pour déplacer la lentille, l'un réalisant la mise au point (déplacement de la lentille de haut en bas) et l'autre le suivi de piste (déplacement latéral). C'est, en fait, le principe de la bobine mobile des haut-parleurs . Seul le premier groupe nous intéresse. Vous avez compris que ce bloc constitue l'objectif d'un petit microscope que nous allons coupler à la web cam.

Pour trouver le groupe de bobine qui nous intéresse il faut réaliser le petit dispositif suivant et utiliser les fils repérés par une flèche pour faire contact avec les bornes (ou plots) 2 à 2 des bobines: on voit se déplacer la lentille et on repère ainsi la bobine "haut /bas".

Les 4 fils d'alimentation des bobines servent aussi de suspension élastique à la lentille sous la forme d'un parallélépipède déformable. Après avoir identifié les 2 qui commandent le mouvement vertical, il faut souder 2 fils fins sur les plots correspondants ou utiliser la nappe de circuit souple qui reste parfois solidaire du bloc . Le débattement de la lentille est faible + / - 1 à 1,5 mm par rapport à sa position de repos mais suffisant pour notre application . Si nous voulons faire monter ou descendre la lentille par rapport à sa position médiane au repos , il lui faudrait donc une alimentation bipolaire (+ et - par rapport à un point milieu) ce qui est faisable mais complique un peu le circuit . On se limite donc à une commande monopolaire ; la lentille va "monter" à partir de sa position de repos. Les bobines, qui ont une résistance de l'ordre de 8 ohms, consomment environ 80 à 100 mA pour la déviation maximale : le circuit de commande 'de puissance' est donné ci dessous. On peut même travailler à partir de 2 piles 4,5 volts en série (ou 6 piles de 1,5 volts) qui serviront aussi à alimenter la led qui demande 3,6 volts au moins

Le positionnement de la lentille sous la plaque support de lame (à prendre la plus fine possible : plaque de circuit imprimé, ancienne carte de crédit......) doit être tel qu'au repos la mise au point se fasse juste un peu (0,2 mm) sous sur la surface de la lame. Ainsi il vous restera pratiquement le maximum de course - plus d'un mm - pour focaliser les objets. Utiliser des empilements de rondelles sur les entretoises entre platine inférieure et support de lame pour ajuster finement la hauteur . Pour le couplage avec la web Cam une solution est d'entrer, sans forcer, un petit tube plastique dans le pas de vis de l'objectif caméra , l'autre extrémité du tube étant collée bien perpendiculairement au travers de la platine inférieure . Une lamelle collée sous le trou de la plaque support de lame supérieure protégera des poussières (et de l'eau ! ) à la fois la lentille et le CCD .

Voici le schéma de principe :

Mais si vous utilisez la led telle quelle , même parfaitement centrée, le résultat n'est pas idéal. Il faut concevoir un mini diaphragme (ici un trou de 2 mm ou moins percé dans un petit cylindre d'alu) . Une torche à UNE led marche bien aussi . On peut expérimenter avec , devant la led , la lentille d'un appareil photo jetable (voir votre photographe préféré, mais prenez des boîtiers SANS flash moins dangereux à démonter que les autres où le condensateur du flash peut être encore chargé !)

Autre amélioration : un petit diaphragme de 2 mm ( photo ci dessus )placé sous la lentille mobile (rondelle avec un trou de 2 mm) accroît la qualité d'image : contraste et profondeur de champ , d'autant plus que du fait de la proximité du CCD vous ne devez avoir aucun problème de lumière trop faible . Bref il y a des tas de petites choses à expérimenter et en particulier sur la géométrie de l'éclairage. Attention cependant à ne pas faire tomber de poussières sur le capteur CCD qui, à environ 4 cm de distance, voit tout son champ couvert par le champ de la lentille. Si on recule à 6 cm le capteur, on augmente le grandissement (équivalent à un objectif x 10) mais on déborde du champ du capteur..

Mais je vous sens impatients de voir les résultats ! : les voici (non retouchées) sur de vieilles lames montées qui n'ont pas la qualité des sujets frais : ne vous attendez quand même pas à la qualité d'un plan apochromat !! Notez cependant que, sur l'image en haut à droite, on distingue les stries sur l'écaille ! le grossissement est équivalent à un x10 pour ce seul cliché, x 7 pour les 3 autres

On se rend compte que le grandissement ( avec capteur à 3 cm de la lentille ) correspondrait à un objectif de 6,5 à 7 x avec un montage classique (web cam placée sur le tube du microscope droit) et convient donc parfaitement pour une première exploration, tri, prélèvement des échantillons, prises d'images temporisées pour , par exemple suivre la naissance d'un œuf de poisson, larve d'insecte aquatique etc...Il faut soigner l'alignement et le parallélisme lentille /capteur pour avoir le meilleur rendu de l'image. Certaines lentilles de CD ne sont pas parfaitement sphériques (c'est fait exprès pour donner une image en forme d'ellipse ), donc essayez la meilleure...

 

 

Voila un exemple de bricolage d'hiver en attendant le réveil de la nature !. C'est assez amusant de faire la mise au point en tournant un potentiomètre ! Si vous voulez perfectionner, vous pouvez concevoir une alimentation bipolaire qui permettra de descendre la lentille en évitant les 1,2 mm d'épaisseur de la lame habituelle: vous doublerez son débattement (prés de 3 mm) et vous pourrez utiliser au mieux la profondeur de mini cuves obtenues en collant une lamelle (de 0,17 mm d'épaisseur) au fond d'un cylindre en plastique, bouchon percé etc...Si en plus vous être un accro de la bricole , vous pourrez facilement récupérer les tiges qui guidaient le bloc en alu et ses paliers pour faire... une platine coulissante pour explorer la lame...

 

Peut être, à la lecture de cet article, vous vous êtes dit , voilà qui ferait un microscope inversé de terrain pratique et pas cher, quelque chose comme le Swift ou le Mac Arthur Open University (en plus basique mais suffisant pour estimer la qualité d'une récolte : pas la peine de ramener 3 litres d'eau avec des diatomées que l'on possède déjà (quoique ...) ! Il ne faudrait y ajouter qu'un oculaire (emprunté - provisoirement - sur votre micro de table ) et un petit miroir de renvoi (à récupérer sur la partie optique d'un vieux scanner à plat (voir également réparateurs informatique ci dessus ) . Mais comme disait Rudyard Kipling, " Ceci est une autre histoire " !

 

 

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* Microscope Inversé "Electronique" par Jean-Marie Cavanihac

 

 

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