Модификация и тест микроскопного объектива-ахромата 10x0.25 160/0.17 (Китай, no-name)

Материал специально для Радоживы подготовил Родион Эшмаков.

В этой статье представлен самый простой и дешевый (10$) из найденных на просторах китайского маркетплейса микроскопный объектив без имени с увеличением 10x. Такими объективами в очень разных вариантах внешнего исполнения комплектуют современные микроскопы начального уровня с тубусным расстоянием 160 мм и креплением стандарта RMS, а потому, вероятно, для многих начинающих микроскопистов этот объектив будет первым десятикратником. Как оказалось, даже ультрабюджетное решение может послужить хорошую службу, особенно после доработки и модификации, о которых речь пойдет далее. Некоторые сведения о микроскопной оптике, терминологии, классификации, способах применения приведены здесь.

Технические характеристики

Оптическая схема – 4 линзы в 2 группах (типа апланата Рихтера), без применения специальных элементов;

Тип коррекции – ахромат;
Тубусное расстояние – 160 мм;
Кратность увеличения – 10x;
Числовая апертура – 0.25;
Латеральный хроматизм (хроматизм увеличения) – ~0%;
Фокусное расстояние – 16 мм;
Относительное отверстие – ~F/2;
Расчетный размер поля изображения – 18 мм;
Парфокальное расстояние – 45 мм;
Рабочее расстояние – 7 мм;
Покровное стекло – 0.17 мм (фактически его использование опционально);
Требуется иммерсия – нет;
Тип крепления – стандарт RMS (резьба 4/5” x 1/36”);
Особенности – микроскопный объектив, не имеет ирисовой диафрагмы и фокусировочного механизма.

Конструкция и модификация объектива

Объектив 10×0.25 выполнен в металлическом корпусе в черной цветовой схеме. В отличие от более дорогих объективов из линейки Plan 160/0.17 некоторые детали выполнены из пластика: апертурная диафрагма объектива (световой диаметр – 9 мм) и эргономическое ребристое кольцо. Маркировка с указанием параметров объектива нанесена на черное съемное внешнее кольцо («рубашку») краской, без гравировки.

По габаритам объектив похож на другие 10x объективы, в частности ЛОМО 10×0.4 Л, но конструкция линзоблока аналогична советским ахроматам 8×0.2: в объективе нет никакой сложной системы центрировки линз.

Для разборки достаточно выкрутить пластиковую диафрагму и заднюю шлицевую гайку – после этого можно извлечь два линзовых компонента в оправах и металлическую межлинзовую вставку. По оптической схеме объектив аналогичен советскому 9×0.2 Эпи, но использует более современные оптические материалы. Так, по данным рентгенофлуоресцентного анализа (Bruker M1 Mistral), отрицательные линзы объектива выполнены из ниобиевых флинтов из «экологически-чистой» линейки стекол типа CDGM H-F или H-ZF, а положительные линзы – из тяжелых кронов типа CDGM H-ZK.

 

 

В случае схемы Рихтера применение «бессвинцовых» стекол H-F/H-ZF в отрицательных линзах крайне нежелательно, поскольку величина относительной частной дсперсии PgF для таких материалов сильно-сильно выше в сравнении с аналогичными «устаревшими» свинцовыми стеклами F/ZF. Так как величина продольной хроматической аберрации может быть оценена как разность величин PgF крона и флинта, отнесенная к разности чисел Аббе, то понятно, что объектив с использованием для изготовления отрицательных линз свинцовых флинтов будет иметь меньшую хроматику, нежели такой же объектив на бессвинцовых стеклах. Этот эффект настолько важен, что повсеместный переход в 1990-е годы на использование бессвинцовых стекол привел к необходимости пересчета многих старых оптических схем, которые перестали обеспечивать приемлемый уровень качества после замены марок стекол.

Для компенсации сферохроматических аберраций, которые свойственны объективам с конструкцией типа апланата Рихтера, была изготовлена на 3D принтере апертурная диафрагма со световым диаметром 6 мм, которая понижает приблизительно вдвое относительное отверстие объектива. Разумеется, это приводит к росту дифракционных эффектов, но, как далее будет показано, именно сферохроматические аберрации ограничивают разрешающую способность этого объектива, а не дифракция.

 

Оказалось, на внутренних поверхностях 10×0.25 объектива отсутствует матовое чернение, а оправа передней линзы и вовсе выполнена из блестящего металла без чернения торцов линзы. Я даже не стал испытывать судьбу и первым делом все глянцевые поверхности покрыл черной матовой краской: оправы линз, межлинзовую вставку. Если этот шаг пропустить, то, наверняка, контраст изображения будет крайне слабым.

Забавно, но про просветление оптики в этом объективе не забыли: все поверхности линз этого китайского 10×0.25 отливают фиолетовым цветом. Наличие просветления оптики – большой плюс, даже если чернение при производстве успешно «оптимизировали»: зачернить этот объектив можно самому, а вот просветление нанести дома просто так не получится.

 

Покрытие, расчитанное под использование в визуальных приборах, обеспечивает пик пропускания в зеленой области спектра и немного подрезает сине-фиолетовый и инфракрасный диапазоны спектра. Впрочем, это заметно только лабораторным инструментам. Форма кривой позволяет предположить, что просветление состоит из 1-2 слоев. Коротковолновая граница пропускания – приблизительно 350 нм.

С точки зрения удобства использования объектива важным является и то, что этот объектив имеет довольно большое рабочее расстояние 7 мм. Этого вполне достаточно для подведения бокового освещения для работы в отраженном свете.

Фото внешнего вида объектива приведены далее.

 

Можно заключить, что конструкция и качество исполнения объектива в полной мере соответствуют его цене. Этот китайский безымянный 10×0.25 ахромат имеет хорошо сделанную просветленную оптику, заключенную в посредственный корпус без признаков светозащиты. При использовании объектива «как есть» можно ожидать массу проблем с контрастом изображения, что особенно критично при микрофотосъемке. С другой стороны, простота конструкции определенно на руку тем, кто готов объектив разобрать и исправить заводские недочеты.

Качество изображения

Безымянный 10×0.25 ахромат имеет неплохую резкость изображения в центральной области при полной апертуре, но хроматические аберрации в форме фиолетовых окантовок крайне сильны. По качеству изображения на оси объектив заметно уступает более дорогому Plan 10×0.25 и аналогичен советским 8×0.2, 9×0.2 План или 9×0.2 Эпи.

Неожиданно, но этот 10×0.25 обладает практически ровным полем, особенно если сравнивать объектив с советским ахроматом 9×0.2 Эпи. Однако остаточный астигматизм у этого объектива более выражен, а потому такого же резкого, как в центре кадра, изображения по краю получить не выйдет и при перефокусировке.

 

По уровню чёрного нетрудно заметить, что доработанный китайский объектив обладает ещё большим контрастом изображения, чем советский Эпи 9×0.2, который, в общем-то, за контраст я не ругал. Причина тому – очевидно – наличие просветляющего покрытия оптики и проведенная доработка светозащиты объектива. Причем, стоит заметить: едва ли без чернения объектив себя показал бы хорошо – никакое просветление оптики не защитит от переотражений света в длинной трубке между линзами!

Китайский объектив значительно выигрывает в качестве разрешения по полю и при сравнении с модифицированным ЛОМО 10×0.4 Л (с апертурой 8 мм) – за счет меньшего уровня астигматизма и околонулевого латерального хроматизма. Но в центральной области китайский объектив ощутимо ему уступает.

 

В связи с этим была предпринята попытка ограничения апертуры объектива для нивелирования сферохроматизма – рядом со штатной диарагмой диаметром 9 мм была установлена еще одна с диаметром уже 6 мм. Таким образом, объектив потерял приблизительно 1 ступень светосилы, что соответствует числовой апертуре ~0.18 и светосиле ~F/2.8. При таких параметрах дифракционное ограничение разрешающей способности составляет 40 лин/мм против 55 лин/мм при числовой апертуре 0.25. Существенна ли эта потеря? Вовсе нет: результаты моделирования оптической схемы объектива ЛОМО План 9×0.2, аналогичного по качеству изображения на оси рассматриваемому китайскому 10×0.25, показали, что реальное его разрешение не превышает 30 лин/мм из-за влияния аберраций при использовании на современной фотокамере. Следовательно, можно не испытывать никаких терзаний при диафрагмировании китайского 10×0.25 с 9 до 6 мм.

Диафрагмирование действительно приносит выгоду – при апертуре 6 мм величина продольных хроматических аберраций оказывается заметно ниже, хотя обогнать по качеству изображения в центральной области модифицированный ЛОМО 10×0.4 Л не получилось. Возможно, будь у китайцев «свинцовая» версия этого 10×0.25, то результат был бы лучше.

 

Ниже приведены фотографии без стекинга на полнокадровую камеру Sony A7s и модифицированный объектив 10×0.25 – с чернением и диафрагмой 6 мм – на модифицированном микроскопе НПЗ М-10 при тубусном расстоянии 160 мм.

Список объектов на фото: 1 – Буква из эмблемы ЛОМО на объект-микрометре, 2-4 –Кристаллы ацетилацетоната хрома(III), 5-6 – кристаллы элементарной серы, 7-8 – кристаллы гидрата бисоксалатокупрата калия, 9-10 – кристаллический сульфид-дисульфид циркония, 11 – поверхность надфиля, 12 – волоски листа растения в поляризованном свете.

Далее – фотографии, выполненные со стекингом в Helicon Focus. Рекомендую обратить внимание на эту программу тем, кто интересуется обработкой фото в макро: в отличие от стекинга штатными средствами Photoshop, в Helicon Focus обработка изображений происходит в мультипоточном режиме (в разы быстрее на многоядерных процессорах), более контролируемо и адекватно даже при стандартных установках.

Список объектов: 1-3 – кристаллы ацетилацетоната хрома(III), 4-6 – кристаллы элементарной серы, 7-8 – кристаллы гидрата бисоксалатокупрата калия, 9-11 – кристаллический сульфид-дисульфид циркония, 12 – поверхность надфиля.

Все обзоры объективов микроскопов стандарта RMS с тубусным расстоянием 160 мм:

Современная оптика китайских производителей:

• Обзор объектива малого увеличения 2/0.05 160/- (no-name, Китай). Проблематика построения объективов малого увеличения для микроскопов
• 4x0.1 160/0.17 ахромат (Китай, no-name)
• Микроскопная оптика на фотокамере. Обзор микроскопного объектива Plan 4x0.1 160/0.17 (Китай, no-name)
• 10x0.25 160/0.17 ахромат (Китай, no-name) - модификация и тест
• Обзор микроскопного объектива-планахромата Plan 20x0.4 160/0.17 (no-name, Китай)

Обзоры советских объективов для микроскопов:

• ЛОМО Эпи 9x0.2 (адаптированный)
• ЛОМО 10x0.4 Л (ОМ-33Л) - модификация и тест
• Обзор микроскопного объектива-ахромата ЛОМО 21×0.4 190-П (ОМ-8П)

Выводы

Простой современный безымянный 10×0.25 – хорошее бюджетное решение, полностью оправдывающее свою стоимость. Объектив не лишен недостатков – простая оптическая схема плохо контролирует сферохроматизм, предельное удешевление привело к потере светозащиты и, как следствие – контраста изображения при использовании «as is». Однако недостатки объектива вполне исправимы, и, после несложной модификации объектив уже точно может в полной мере заменить всевозможные старые дешевые 8-10x ахроматы. Очень вероятно, что принципиального улучшения качества 10x объектива можно добиться лишь путем сильного усложнения его конструкции и использования дорогостоящих материалов, а значит, этот no-name 10×0.25 можно считать «лучшим среди худших», в том числе даже среди некоторых более дорогих объективов.