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Réaliser un microscope digital

(Difficulté : * facile)

Une caméra USB full HD équipée d'une électronique adéquate et reliée à une tablette.


En électronique, les composants sont de plus en plus petits et nous avons souvent besoin de grossir...

On trouve, dans le commerce des microscopes avec écran à des qualités et de prix variables...

Ici, nous avons décidé de fabriquer un microscope de bonne qualité, à faible coût (une douzaine d'euros) à partir d'une caméra USB full HD, d'une optique adéquate, un support et une tablette comme écran.

Le microscope n'est pas un objet qu'on utilise tous les jours et presque tout le monde a une tablette à la maison : nous allons donc brancher notre caméra USB modifiée sur une tablette Android avec un raccord OTG.


Recette :
  1. Une caméra full HD d'origine : https://www.ebay.fr/itm/2MP-1080P-Full-HD-Webcam-with-Built-in-Microphone-USB-2-0-Web-Camera-for-PC/373379318167?ssPageName=STRK%3AMEBIDX%3AIT&_trksid=p2060353.m2749.l2649microscope01.jpg
  2. Un raccord OTG (Un raccord OTG permet de connecter un périphérique USB sur un téléphone ou une tablette. Attention : la plupart des téléphones ou des tablettes sont compatibles OTG mais pas tous) : https://www.ebay.fr/itm/Adaptateur-Convertisseur-USB-2-0-vers-Micro-USB-Connecteur-OTG-Livraison-Express/203025033333?ssPageName=STRK%3AMEBIDX%3AIT&var=503235603684&_trksid=p2060353.m2749.l2649microscope01a.jpg
  3. Un support optique de récupération que nous installé à partir de pièces de récupération : une potence avec des boutons qui permettent de régler précisément la hauteur pour la mise au point. microscope02.jpg
  4. Une lentille adéquate (ancienne loupe binoculaire...)
  5. Démonter (en ôtant les deux vis arrières) la caméra
  6. Ôter (c'est délicat) la colle qui immobilise la lentille de la caméra
  7. Dévisser et ôter la lentille caméra (et la ranger soigneusement)
  8. Monter la lentille sur le bas du support (sans fuites de lumière)
  9. Monter l'électronique de la caméra bien à plat sur un support sur le haut du support et y fixer le microphone de la caméra (ici, l'électronique sans le capot, le microphone a été collé dessus)microscope04.jpg
  10. On peut aussi envisager de rajouter un éclairage relié par une prise USB à l'électronique de la caméra
  11. Installer le programme gratuit USB Camera Standard (par exemple)
  12. Il faut choisir un programme compatible, gratuit, qui permet une résolution au moins égale à celle de la tablette, qui permet de faire des photos, et qui permet d'inverser l'image gauche droite... (Pour pouvoir souder, par exemple, au microscope, il faut absolument que si on se déplace vers la droite sur l'objet, on se déplace vers la droite sur l'écran)microscope03.jpg
  13. Prévoir un système pour maintenir la tablette : ici, elle est posée contre la tête de deux vis plastiques M4 blanches sur le support (peu visibles sur la photo) et coincée par la grande crémaillère


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Utilisation :
  1. Insérer la tablette Android chargée, posée en mode paysage, sur la potence.
  2. Insérer le raccord OTG sur la prise USB de la tablette
  3. Connecter la caméra USB à la tablette
  4. Lancer le programme gratuit USB Camera Standard (par exemple)
  5. Régler le programme en miroir (pour compenser l'inversion d'image et pouvoir travailler facilement)
  6. Poser l'objet à observer
  7. Régler le zoom
  8. Faire la mise au point
Dans notre cas :
Au grossissement maxi, on remplit l'écran avec 1.8 mm et la lentille est à 90 mm de l'objet.
Au grossissement mini, on remplit l'écran avec 12 mm et la lentille est à 280 mm de l'objet.
Ce qui laisse plein de place pour travailler :

Grossissement assez faible sur un circuit imprimé (peu visible)

microscope05.jpg

L'ensemble marche bien, les grossissements mini et maxi sont suffisants, l'image est bonne, le seul défaut c'est le temps de réponse de la caméra : il s'écoule plusieurs dixièmes de seconde entre le moment où l'objet bouge et le moment où on le voit bouger à l'écran.
Ce n'est pas un problème pour observer. C'est gênant pour cadrer et souder...
Nous allons faire des essais pour savoir si le problème vient de la tablette (relativement ancienne), de la caméra ou du programme.

Test des logiciels :
Sur Google Play Android, il y a de nombreux logiciels pour caméra USB.
Une fois que nous avons sélectionné uniquement les logiciels gratuits et sans publicité, il n'en reste que 4 :
  1. USB Caméra standardmicroscope03.jpg Marche bien, possibilité de prendre des photos, lent
  2. USB Caméra microscope06.jpg: possibilité de prendre des photos, rapide
  3. USB Caméra microscope07.jpg : ne fonctionne pas avec notre tablette Samsung
  4. Next Caméra microscope09.jpg: pas de possibilité de prendre des photos (mais on peut faire une capture d'écran en maintenant appuyé les boutons Marche/Arrêt et le Volume bas..., très rapide
La vitesse de réaction de la caméra dépend donc beaucoup du logiciel et évidemment de la résolution choisie...

Photo en 1280x720, la largeur de l'image fait environ 12 mm
microscope09.jpg
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Photo en 1280x720, la largeur de l'image fait environ 5 mm

microscope10.jpg
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Photo en 1280x720, la largeur de l'image fait environ 2 mm (et la mise au point est ratée)
microscope11.jpg

Nous avons rajouté une Led puissante avec une optique, fixée à la partie gauche et reliée à une prise USB pour un éclairage localisé.
Nous sommes en train d'observer une des Leds d'une carte Arduino Nano. La partie transparente du boitier de la Led fait environ 1.5 mm de long.
Sur cette photo, on voit mieux les têtes des deux vis en nylon blanc qui permettent de caler la tablette avec la crémaillère principale du soufflet.
Sur ce soufflet, une deuxième crémaillère permet de faire monter et descendre l'optique pour la mise au point...
microscope12.jpg
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microscope13.jpg

A l'usage, le grossissement maxi est largement suffisant et le grossissement mini est suffisamment faible.
Après, si nous voulons grossir plus, nous utilisons notre microscope.
Et pour grossir encore plus, il nous faudrait un vrai microscope électronique. Mais ça, c'est une autre histoire...

That's All, folks !

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Commencé le 30/01/2021

A jour au 04/02/2021