Микроскопные объективы 3.7x0.11 (ОМ-12), 4.7x0.11 (ЛОМО, Прогресс): обзор и тест

Материал по объективу специально для Радоживы подготовил Родион Эшмаков.

Советские объективы-ахроматы с шифром ОМ-12 и параметрами 3.7×0.11 (для конечного тубусного расстояния 160 мм) и 4.7×0.11 (тубус 190 мм) в настоящее время считаются (в т.ч. среди зарубежных фотографов) одними из лучших бюджетных решений для макросъемки. Популярность обусловлена оптическими свойствами этого объектива, в большей степени соответствующих более дорогой оптике (некоторые даже называют этот объектив «апохроматом», что, строго говоря, вообще не так), а также универсальностью, распространенностью и низкой ценой.

Объективы 3.7×0.11, 4.7×0.11 основаны на очень старом довоенном объективе, рассчитанном на предприятии «Русские Самоцветы» и предназначались для самых разных микроскопов с креплением типа RMS – простейших измерительных микроскопов «Мир», исследовательских МБИ-1, поляризационных минералогических микроскопов, учебных упрощенных микроскопов «Эрудит».

Технические характеристики

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

Тип коррекции – ахромат;
Тубусное расстояние – 160 мм (вариант 3.7×0.11), 190 мм (вариант 4.7×0.11), объектив удовлетворительно работает с бесконечным тубусом;
Парфокальное расстояние – 50 мм (вариант 3.7×0.11);
Кратность увеличения – 3.7x (тубус 160 мм), 4.7x (тубус 190 мм);
Числовая апертура – 0.11;
Фокусное расстояние – 33.1 мм;
Рабочее расстояние – 27.2 мм (вариант 3.7х0.11);
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 объективов

Объективы типа ОМ-12 производились в течение большого времени и могут встречаться в разных вариантах внешнего исполнения. Конструктивно никаких сюрпризов в них нет: линзы объектива в автоколлимационных оправах с межлинзовой вставкой просто насыпаны в корпус из хромированной латуни и зафиксированы шлицевой гайкой с тыльной стороны объектива.

Суть различий между разными версиями ОМ-12 состоит в 2 моментах: расчётное тубусное расстояние (160 мм для варианта 3.7x, 190 мм для варианта 4.7x) и наличие просветляющего покрытия линз (присутствует на поздних экземплярах объективов с «толстым» корпусом). Притом, как показано далее, если объектив с маркировкой 4.7×0.11 на микроскопе с тубусным расстоянием 160 мм ведет себя точно так же, как и 3.7×0.11, то картинка с просветленного и непросветленного объективов различается значительно больше. По данным спектроскопии светопропускания просветление объективов соответствует однослойному (типа вакуумного MgF2), край поглощения в коротковолновой области соответствует ~315 нм. Версии с просветляющим покрытием, по-видимому, имеют значительно лучшее светопропускание по сравнению с непросветленными вариантами.

Качество светозащиты, чернения внутренних поверхностей объектива при этом довольно посредственное у всех версий.

Важно отметить, что объектив ОМ-12 имеет нестандартное парфокальное расстояние 50 мм – это намного больше, чем для объективов советских биологических микроскопов типа МБИ-1/МБР-1/Биолам (стандарт 33 мм) и на 5 мм больше распространенного сегодня стандарта 45 мм. Это означает, что при смене объектива на какой-то другой потребуется перефокусировка, иногда очень значительная. Благо, парфокальное расстояние больше, а не меньше – при смене объектива нет риска столкнуться с предметом. Тому же способствует и удобное большое рабочее расстояние объектива 27.2 мм.

По данным спектроскопии рентгеновской флуоресценции невозможно установить, материал фронтального элемента объектива: из-за очень малой толщины линзы наблюдается просвечивание флинта второй линзы объектива.

Второй компонент ЛОМО ОМ-12 представляет собой склейку крона и свинцового флинта.

Марки оптических стекол установить не удалось из-за отсутствия референсных образцов. Вероятно, обе положительные линзы объектива сделаны из стекла типа цинкового крона (марка К, БК) или бариевого крона (марка БК), а в качестве флинта использовано стекло типа Ф или ТФ. Иначе говоря, никаких специальных (с особой дисперсией) стекол в объективе не используется.

Таким образом, наиболее вероятно, что объектив имеет очень простую конструкцию, отличную от классической наподобие объектива М-42 8×0.2.

Update: уточнение данных об оптической конструкции объектива и моделирование характеристик

Сведения об оптической конструкции объектива были обнаружены в книге “Проектирование и контроль оптики микроскопов” (Т.А. Иванова, В.К. Кирилловский, Л.: Машиностроение, 1984, с. 16).

Объектив, как оказалось, все же построен по четырехлинзовой схеме по типу объектива Петцваля, но с дублетами без воздушных промежутков. Основная сложность при идентификации конструкции и марок стекла в данном случае – отсутствие референсных образцов и просвечивание флинтовых линз сквозь кроновые. Более поздний объектив ЛОМО 4×0.12 имеет аналогичную оптическую конструкцию.

Можно отметить, что ЛОМО 3.7×0.11 имеет хорошую степень исправления сферохроматизма для области спекра 400-700 нм: в отличие от подавляющего большинства других микрообъективов (например, М-42 8×0.2), протяженность вторичного спектра для края зрачка лишь в полтора раза больше, чем для параксиальной зоны.  Это важно для фотографии, где значительную роль в формировании изображения играет область спектра 400-470 нм, коррекция которой в визуальных приборах обычно крайне посредственная.

Также ЛОМО 3.7×0.11 имеет низкий уровень кривизны поля изображения, но при этом астигматизм исправлен “ёлочкой”, то есть монотонно увеличивается от центра к краям поля. За пределами поля ~15 мм его уровень становится слишком высок. Кроме того, судя по виду аберрационных пятен, большой вклад вносит и аберрация высших порядков “трефойл” (что-то среднее между комой и астигматизмом).

В целом качество объектива довольно хорошее, а в центральной области – даже очень хорошее для настолько старого объектива. Оптимальный размер поля изображения составляет ~20 мм, хотя можно его использовать и с кадром APS-C.

Качество изображения. Cравнение с аналогами

Объектив 3.7×0.11 формирует резкое изображение в центральной области изображения с выраженной кривизной поля. Важно, что астигматизм хорошо исправлен в пределах кадра APS-C, потому путем перефокусировки нетрудно добиться чёткого изображены и по краю поля. На контрастных границах можно заметить сравнительно небольшие сферохроматические аберрации (фиолетово-зеленая бахрома).

Вариант объектива 3.7×0.11 с просветляющим покрытием имеет ощутимо более высокие контраст и светопропускание.

Для оценки качества изображения было проведено тестирование в отраженном свете по микрометру ЛОМО ОМО (цена деления 0.01 мм) следующих объективов: Plan 4×0.1 160/- (Китай), ЛОМО ОХ-4-1 4×0.12 (без просветления), ЛОМО 3.7×0.11 (с просветлением), Прогресс 3.7×0.11 (без просветления), Прогресс 4.7×0.11 (с просветлением), Прогресс 4.7×0.11 (без просветления) и двух непросветленных планахроматов ЛОМО/Прогресс ОМ-3 3.5×0.1. Тест выполнен с помощью модифицированного микроскопа НПЗ М-10 с тубусным расстоянием 160 мм и фотокамеры Sony NEX-6.

Тестовые фото на объектив ЛОМО 3.7×0.11 с просветлением, а также 100% кропы снимков приведены далее.

Среди охваченных в тестировании объективов ахроматы ОМ-12 вне зависимости от варианта исполнения демонстрируют наименьший уровень сферохроматических аберраций, а по кривизне поля изображения сравнимы как с современным китайских планахроматом 4×0.1 (не такой уж он и «план»), так и со штатным объективом микроскопа ЛОМО Микмед-2/Бимам 4×0.12.

Объектив-планахромат ОМ-3 3.5×0.1, выполненный по схеме «Таир», опережает все испытуемые объективы по исправлению кривизны поля, но также обладает и большим уровнем сферохроматизма, комы, латерального хроматизма, а также худшим общим контрастом по сравнению с объективами типа ОМ-12.

Важно отметить, что оптически объективы 3.7×0.11 и 4.7×0.11 ничем не отличаются друг от друга.

Ниже приведены примеры фотографий, выполненные без использования стекинга объективом ЛОМО 3.7×0.11 (с просветлением) с помощью модифицированных микроскопов МБИ-1 и М-10 и фотокамер Sony NEX-3, NEX-3N, NEX-6 с размером матрицы APS-C.

Список объектов на фото: 1-3) Синтетический теллурид меди(I); 4-5) Синтетический сульфид меди(I); 6) Синтетический сульфид висмута; 7-14) Протравленная поверхность кристалла селенида висмута с выходами винтовых дислокаций (треугольники); 15-16) Ацетилацетонат железа(III); 17) Фенолят вольфрама(VI); 18) Ацетилацетонат меди(II).

Затем – примеры фото с использованием стекинга, то же оборудование.

Список объектов на фото: 1-7) Синтетические теллуриды германия-висмута, 8-10) Синтетический теллурид меди(I); 11-12) Синтетический сульфид меди(I); 13-17) Синтетический сульфид висмута; 18-20) Протравленная поверхность кристалла селенида висмута с выходами винтовых дислокаций (треугольники); 21-26) Синтетический теллурид молибдена(IV); 27-28) Ацетилацетонат железа(III); 29) Фенолят вольфрама(VI); 30) Ацетилацетонат меди(II).

Выводы

Объективы типа ОМ-12 3.7×0.11 и 4.7×0.11 подтвердили свою репутацию лучших бюджетных микрообъективов малого увеличения для фотографии. Особенно хорошо себя зарекомендовали версии объектива с просветлением. Единственный реальный недостаток объектива – нестандартное парфокальное расстояние. В целом же, с учетом невысокой цены, я предпочел этот объектив вместо нового китайского планахромата 4×0.1. Очень хорошей современной альтернативой ЛОМО ОМ-12 является китайский LM Plan 5/0.15 160/0 WD18.

Еще обзоры по теме микроскопии – здесь.