Обзор и тест микроскопного ахромата ЛОМО М42 8x0.2

Материал по объективу специально для Радоживы подготовил Родион Эшмаков.

Объективы 8x0.2 заводов ЛОМО и Прогресс.

Объективы 8×0.2 заводов ЛОМО и Прогресс.

Объектив 8×0.2 – самый массовый советский микроскопный объектив, который являлся штатным для огромного множества самых разных по назначению микроскопов – от школьных до исследовательских. Оптическая конструкция этого объектива изобретена еще в XIX веке, а производили объектив М42 (таков его официальный шифр) на разных предприятиях (Прогресс, ЛОМО, ЛЗОС…) с ~1930-х годов вплоть до конца XX века. С огромной долей вероятности именно этот объектив будет единственным уцелевшим на найденном на блошином рынке или в гараже старом микроскопе. И этот же объектив является одним из самых сбалансированных по свойствам старой микрооптики – с учетом низкой цены и повсеместной распространенности его можно называть этаким Гелиос-44 от микроскопии.

Технические характеристики

Источник: Справочник «Вычислительная оптика» под ред. М.М. Русинова, Л., 1984 г., с. 336.
Оптическая схема – 4 линзы в 2 группах, апланат;

Схематический рисунок оптической схемы объектива

Тип коррекции – ахромат;
Тубусное расстояние – 160 мм;
Парфокальное расстояние – 33 мм;
Кратность увеличения – 8x;
Числовая апертура – 0.2;
Фокусное расстояние – 18.1 мм;
Рабочее расстояние – 8.6 мм;
Толщина покровного стекла – 0-0.17 мм;
Хроматическая разность увеличения – 0% (для линий F, C);
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 8×0.2 имеет малые габариты (парфокальное расстояние 33 мм) и большое рабочее расстояние 8.6 мм, что делает его удобным при работе с боковым светом.

Конструкция объектива – простейшая. Корпус из хромированной латуни со стороны резьбы крепления к микроскопу имеет шлицевую гайку, которая фиксирует линзы. Объектив имеет неюстируемую конструкцию, потому можно гайку выкрутить и извлечь линзы в автоколлимационных оправах и межлинзовую вставку, если это требуется для чистки. Очень полезно для повышения контраста зачернить блестящее пространство между линзами матовой черной краской, но конкретно представленный в обзоре объектив я не подвергал разборке.

Update: уточнение данных об оптической конструкции объектива и моделирование характеристик

Сведения об оптической конструкции объектива были обнаружены в книге “Микроскопы” (Г.Е. Скворцов, В.А. Панов, Н.И. Поляков, Л.А. Федин, Л.: Машиностроение, 1969, с. 179). Наличие параметров оптического расчета объектива похволило выполнить моделирование его свойств в Zemax. Приведенные графики рассчитаны для поля размером 30 мм с радиусом кривизны 15 мм.

Можно отметить, что объектив имеет высокий уровень сферохроматических аберраций, вторичный спектр в диапазоне длин волн 400-470 нм не исправлен. Кривизна поля довольно выраженная, но уровень астигматизма в пределах поля 20 мм при этом крайне низкий. Хорошо исправлена кома. По сути, расчет объектива весьма удачен, но выбор способа коррекции хроматических аберраций не соответствует современным требованиям, изменившимся в связи с распространением цифровых камер, для которых диапазон 400-470 нм крайне важен.

Объектив М-42 8×0.2 можно легко сделать лучше, не меняя вообще никакие параметры геометрии линз – за счет подбора других материалов кроновых линз с аналогичным показателем преломления и отличающейся величиной дисперсии. Так, в китайском каталоге стекла CDGM выбор кронов очень велик, что позволяет без труда сделать из М-42 8×0.2 неплохой объектив для фотосъемки.

Разумеется, замена материалов никак не повлияла на монохроматические аберрации, в частности кривизну поля, астигматизм и кому, но положительный эффект очевиден: размер аберрационного пятна на оси уменьшился в 2.5 раза.

Оптическая схема объектива М-42 довольно гибкая и позволяет путем полного пересчета с заменой материалов на современные, в частности – низкодисперсные тяжелые фосфатные кроны с аномальной дисперсией и сверхтяжелые лантановые флинты с показтелем преломления ~1.9 добиться при той же кривизне поля изображения значительно лучшего исправления аберраций, получив практически дифракционно ограниченное качество изображения для поля 30 мм (для края поля требуется другое положение фокуса, см. диаграмму кривизны поля) при увеличении 10x и апертуре 0.2.

Отметим, что по схеме, аналогичной объективу М-42 8×0.2 производится дешевый китайский объектив 10×0.25, который, к сожалению, продвинутые марки материалов в схеме не использует.

Качество изображения

ЛОМО 8×0.2 хоть и является примитивным объективом, но обладает рядом важных достоинств в сравнении даже с некоторой современной оптикой. Так, этот объектив имеет минимальный латеральный хроматизм, а также, несмотря на выраженную кривизну поля, характеризуется исправленным астигматизмом для поля в пределах кадра APS-C. Это означает, что можно добиться приемлемой резкости изображения и по краю кадра, особенно при использовании стекинга. Далее приведены тестовые фото объект-микрометра и дисплея смартфона с помощью объектива 8×0.2 и камеры Sony NEX-3 на модифицированном микроскопе МБИ-1.

Также этот объектив имеет всего 2 группы линз, благодаря чему контраст изображения даже при всех недостатках в виде плохого чернения и отсутствия просветления оказывается лучше, чем у более «продвинутого» советского планахромата ЛОМО План 9×0.2. С современным же китайским ахроматом 10×0.25 после чернения и диафрагмирования до NA=0.2 старый 8×0.2, конечно, тягаться по контрасту уже не может, равно как и со своей же версией для наблюдений в отраженном свете – Эпи 9×0.2 (ОЭ-9).

Минусом М42 8×0.2 является посредственное качество изображения в целом: картинка изобилует сферохроматическими аберрациями, которые в ряде ситуаций сильно мешают. Диафрагмированный до 0.2 китайский ахромат 10×0.25 является намного более качественным объективом.

Кропы фотографий объект-микрометра отраженного света ОМО (цена деления 0.01 мм), выполненных с помощью Sony NEX-3 и объективов ЛОМО План 9x0.2, 8x0.2 и модифицированного китайского ахромата 10x0.25 160/0.17.

Кропы фотографий объект-микрометра отраженного света ОМО (цена деления 0.01 мм), выполненных с помощью Sony NEX-3 и объективов ЛОМО План 9×0.2, 8×0.2 и модифицированного китайского ахромата 10×0.25 160/0.17.

Также сравнение объективов 8-10x смотри здесь.

Примеры фотографий на ЛОМО 8×0.2 и Sony NEX-3 без использования стекинга приведены ниже.

Список объектов на фото: 1-3) Дисульфид титана, 4) о-Аминофенол, 5-6) Сульфат кобальта, загрязненный основным сульфатом, 7) Бисоксалатокупрат калия, 8) Кристалл сахара.

Затем – снимки на Sony A7s при увеличенной до ~190 мм длине тубуса.

Список объектов на фото: 1) Кристаллики ацетилацетоната железа(III) на стекле пробирки, 2) Стружка твердого сплава, 3) Оксоацетат железа(II, III), 4-6) Сульфид-дисульфид циркония, 7) Полиоксомолибдат(V, VI)-132 аммония, 8) Молибдохромат аммония.

Далее – фото с применением стекинга на Sony NEX-3.

На фото: 1-3) Дисульфид титана, 4) о-Аминофенол, 5) Сульфат кобальта, загрязненный основным сульфатом, 6) Кристалл сахара.

И примеры на Sony A7s со стекингом при длине тубуса ~190 мм.

Список объектов на фото: 1) Стружка твердого сплава, 2) Оксоацетат железа(II, III), 3) Полиоксомолибдат(V, VI)-132 аммония, 4) Молибдохромат аммония.

Все обзоры объективов микроскопов стандарта RMS с конечным тубусным расстоянием (160-190 мм):

Современная оптика китайских производителей:

Обзоры советских объективов для микроскопов:

Объективы Carl Zeiss:

Объективы других производителей:

Lambda 10/0,25 160/-

Выводы

Из числа всяческой старой микрооптики самый распространенный и дешевый на постсоветским пространстве ЛОМО 8×0.2 является редким примером вполне сносного даже по нынешним меркам объектива, который пригоден для фотографирования в прямом фокусе. Да, объектив далек от идеала по качеству изображения, но также он лишен и самых критичных недостатков, а несложная процедура чернения межлинзового пространства еще и позволит улучшить и без того не самый плохой контраст. Потому не стоит пренебрежительно относиться к старому 8×0.2 ахромату – им вполне можно пользоваться по назначению.

Радожива