Обзор светосильного объектива для микроскопа ЛОМО 10x0.4 Л (ОМ-33Л)

Материал специально для Радоживы подготовил Родион Эшмаков.

Объектив ЛОМО 10×0.4 Л – высокоапертурный ахромат малого увеличения, созданный для комплектования люминесцентных микроскопов (литера Л в маркировке). Объектив полностью совместим с обычными микроскопами стандарта RMS с тубусным расстоянием 160 мм, однако при его применении есть ряд нюансов, о которых пойдет речь в этой статье. О том, что из себя представляет микроскопная оптика, как её использовать для фотосъемки и каким языком о ней говорят, написано здесь.

Технические характеристики:

Оптическая схема – 7 линз в 4 группах, не использует специальных стекол в оптической схеме;

Тип коррекции – ахромат;
Тубусное расстояние – 160 мм;
Кратность увеличения – 10x;
Числовая апертура – 0.4;
Латеральный хроматизм (хроматизм увеличения) – 1%;
Фокусное расстояние (длина тубуса ÷ увеличение) – 16 мм;
Относительное отверстие – ~F/1.2;
Расчётный размер поля изображения – 18 мм;
Парфокальное расстояние – 45 мм;
Рабочее расстояние – 3.08 мм;
Покровное стекло – 0.17 мм, К14 (H-K7);
Требуется иммерсия – нет;
Тип крепления – стандарт RMS (резьба 4/5” x 1/36”);
Особенности – микроскопный объектив, не имеет ирисовой диафрагмы и фокусировочного механизма.

Конструкция объектива

ЛОМО 10×0.4 Л выполнен в блестящем корпусе из хромированной латуни и визуально похож на довольно крупные микрообъективы больших увеличений. В отличие от обычных маленьких штатных ахроматов малых увеличений типа ЛОМО 8×0.2 или 10×0.25 этот обладает съемной рубашкой корпуса, под которой можно найти 4 отверстия для юстировки. Суть этого процесса заключается в центрировании второго по счету линзового компонента объектива относительно остальных путем смещения его в собранном объективе с помощью игл через отверстия в корпусе, при этом дополнительно можно осуществлять независимое вращение переднего и последнего линзовых компонентов. В идеале объектив должен быть отъюстирован на заводе 1 раз, отверстия при этом должны быть залиты герметиком и больше туда залезать никто не должен. В суровой реальности в объектив возрастом 50 лет, вероятно, уже залезали, да и заводская сборка могла быть выполнена вполне в стиле Изюмского завода, так что огромной проблемой этого объектива является то, что после приобретения с большой долей вероятности его придется юстировать, что непросто, кропотливо и требует определенного опыта. Мой объектив оказался как раз проблемным и мне пришлось постараться «привести его к нормальному бою», что удалось лишь частично: притом, что полностью удалось побороть кому на оси, остался небольшой, но заметный на полной апертуре астигматизм.

Другой недостаток объектива связан с его конструкцией, включающей 3 склеенных элемента: есть сведения о том, что ЛОМО 10×0.4 Л нередко страдает от расклеек в линзах, потому важно тщательно осматривать его перед покупкой.

Рабочее расстояние ЛОМО 10×0.4 Л значительно меньше в сравнении с другими 8-10x объективами и составляет 3 мм. Для сравнения: рабочее расстояние ЛОМО План 9×0.2 равно почти 14 мм, а китайского Plan 10×0.25 из той же серии, что и этот 4×0.1 объектив  – почти 6 мм! Величина рабочего расстояния сильно влияет на удобство использования объектива для наблюдений и съемки в отраженном свете при боковом освещении. На деле 3 мм – еще приемлемо, но в сравнении с 9×0.2 Эпи некоторые неудобства все же есть.

Приятной же особенностью ЛОМО 10×0.4 Л является наличие просветляющего покрытия на всех поверхностях стекло-воздух, причем просветление имеет желтый блик, а не фиолетовый – типичный для оптики для видимого спектра. Как оказалось, такой выбор покрытия связан с тем, что объектив используется в системах, где освещение ультрафиолетовым светом осуществляется прямо через объектив – и именно просветление с желтым бликом дает максимум пропускания в фиолетовой части спектра.

Коротковолновая граница пропускания находится в области 330 нм – по всей видимости в объективе не используются линзы из тяжелых флинтов для снижения самолюминесценции и повышения коэффициента пропускания УФ излучения. Жесткие ограничения на выбор оптических материалов делают разработку высокоапертурных (светосильных) объективов очень непростой задачей, а потому ЛОМО 10×0.4 Л имеет целых 7 линз в оптической схеме (типичный ахромат типа 8×0.2 – 4 линзы). Вопрос оптического качества, конечно, при этом остается – ведь в объективе не используется очень полезных для такой оптики низкодисперсных стекол (особых, фосфатных и тяжелых фосфатных кронов). Но даже абстрагировавшись от качества изображения можно уже сделать определенный вывод, что ЛОМО 10×0.4 Л – игрушка крайне «на любителя» в силу проблематичности поиска хорошего экземпляра, а также небольшого рабочего расстояния. Если про качественный ЛОМО Эпи 9×0.2 можно однозначно сказать, что после адаптации он будет иметь огромное преимущество в сравнении с обычным 8×0.2 или ЛОМО План 9×0.2, то про этот объектив так не скажешь.

Оптические свойства

Чего греха таить – ЛОМО 10×0.4 Л, наверное – чемпион по количеству аберраций среди 10x объективов. При своей огромной числовой апертуре 0.4 объектив обладает таким же огромным уровнем сферохроматических аберраций, из-за чего при неплохой разрешающей способности контурный и общий контраст объектива просто ужасны. Ужасны по своей величине и кривизна поля изображения, а также астигматизм. Очень велик уровень латерального хроматизма – объектив рассчитан на использование с компенсационными окулярами. Хотя в сравнении со многими советскими АПО объективами хроматика еще сносная.

Иллюзий, конечно, по поводу оптического качества у меня и изначально не было, а потому возможное решение проблемы было заготовлено заранее в виде апертурных диафрагм фиксированного размера для установки сразу после задней линзы объектива. Такое позиционирование диафрагмы очень характерно для микроскопной оптики. Методом 3D печати были изготовлены 3 диафрагмы: 11.5 мм, 8 мм и 5.7 мм.

Основной смысл манипуляции заключается в том, что в случае ограничения апертуры светосильного объектива с сильным сферохроматизмом нередко можно получить качество изображения лучшее в сравнении с более простым объективом с такой же апертурой. Иными словами, имея старый фикс типа Гелиос-81Н 50/2 при F/4 мы получим качество изображения более высокое в сравнении с Индустар-61 ЛЗ 50/2.8 при той же диафрагме.

Тестирование с помощью рассмотрения объект-микрометра и реального объекта показало, что наилучшим образом для ЛОМО 10×0.4 Л подходит диафрагма размером 8 мм, превращающая его в ~10×0.25 объектив. Более крупная диафрагма не позволяет избавиться от сферохроматизма, более маленькая приводит к сильному проявлению дифракции. Диафрагмирование не позволяет побороть латеральный хроматизм, но его можно частично исправить программным путем.

Далее приведены фотографии реального объекта в проходящем свете с использованием разных диафрагм и 100% кропы центральной области изображений. Экспозиция была выравнена.

Хорошо заметно, как благотворно влияет диафрагмирование объектива на резкость по полю и величину глубины резкости. Нельзя забывать, что с диафрагмированием снижается и определяемое дифракционным пределом разрешение, но в случае этого объектива с его посредственной сборкой можно быть уверенным, что лимитирует его разрешение не дифракция, а астигматизм.

После всех этих наблюдений вообще становилось неясным, был ли малейший смысл мучить этот объектив и есть ли у него хоть какое-то преимущество перед простым и понятным ахроматом ЛОМО 9×0.2 Эпи. Как оказалось, диафрагмированный ЛОМО 10×0.4 Л (D=8 мм) в сравнении с ЛОМО Эпи 9×0.2 оказывается значительно лучше в центральной области поля по разрешающей способности и уровню сферохроматических аберраций, а значит цветная бахрома в случае использования этого проблемного объектива будет оказывать гораздо меньшее влияние на изображение, особенно при стекинге.

Что касается аберраций по полю, то светосильный объектив проигрывает как по уровню кривизны поля и астигматизма, так и по уровню хроматических аберраций. Тем не менее, объектив как минимум не хуже по латеральной хроматике, чем новый китайский Plan 10×0.25 (из этой https://radojuva.com/2024/05/plan-4-x-0-1-micro/ серии). С позиции выбора размера рабочего поля наилучшим вариантом является кадрирование полученных изображений до формата 7:6 или 4:3 с учетом присутствующей виньетки.

Очень существенным фактом в пользу ЛОМО 10×0.4 Л (с диафрагмой 8 мм) является хороший общий контраст формируемого изображения. Несмотря на большее число линзовых элементов в оптической схеме, объектив ведет себя совершенно не хуже ЛОМО Эпи 9×0.2. Просветляющее покрытие линз и отсутствие явных проблем со светозащитой сделали свое дело.

Далее приведены примеры фото, выполненные на полнокадровую камеру Sony A7s и объектив ЛОМО 10×0.4 Л (с диафрагмой 8 мм) без использования стекинга. Часть снимков была кадрирована.  Описание объектов на фото: 1 – Хлорид гексаамминникеля(II), октаэдрические кристаллы; 2 – кристаллы элементарной серы, полученные из раствора в циклогексане; 3-5 – кристаллы элементарной серы, полученные при испарении капли раствора серы в толуоле на стекле; 6 – кристаллы элементарной серы, полученные при испарении капли раствора серы в толуоле на стекле, скрещенные поляризаторы; 7 – кристаллы элементарной серы, полученные из раствора в хлороформе; 8 – гидрат бисоксалатокупрата калия; 9-10 – тетраацетат олова.

Затем – примеры фото в тех же условиях, но с применением стекинга. Объекты на фото: 1 – хлорид гексаамминникеля(II), октаэдрические кристаллы; 2 – гидрат бискоксалатокупрата калия, пластинчатые кристаллы; 3 – ромбические кристаллы элементарной серы, полученные при испарении капли раствора серы в толуоле на стеклянной пластине; 4-5 – кристаллы элементарной серы, полученные из раствора в хлороформе; 6-8 – кристаллы элементарной серы, полученные из раствора в циклогексане (сильная дисперсия света); 9-10 – тетраацетат олова.

Бонус: 2 анимированных изображения, демонстрирующих глубину резкости ЛОМО 10×0.4 Л (с диафрагмой 8 мм) по ссылке здесь.

Выводы

ЛОМО 10×0.4 Л – проблемный объектив, обладающий очень компромиссными качествами. Удачный экземпляр только при диафрагмировании способен дать изображение, превосходящее по отдельным параметрам картинку с очень дешевых и доступных советских 8-10x объективов и, по-видимому, некоторых современных дешевых китайских объективов. Но всё-таки доработка, обслуживание и использование этого объектива – лотерея для энтузиастов. Для применения по назначению – в качестве люминесцентного, для узкой части спектра – объектив сгодится куда лучше, чем для использования в качестве обычного объектива малого увеличения.

Больше обзоров от читателей Радоживы найдете здесь.