Материал специально для Радоживы подготовил Родион Эшмаков.
Объектив Plan 20/0.40 160/0.17 с футляром.
Объектив Plan 20/0.40 160/0.17 (далее – Plan 20×0.4) – бюджетный китайский объектив со средним увеличением для биологических микроскопов с конечным тубусным расстоянием. Интересно то, что Plan 20×0.4 по конструкции и исполнению больше напоминает металлографические объективы, но ничто не указывает на это в маркировке. Но, пожалуй самым важным отличием именно этого объектива от других недорогих аналогов – дешевого ахромата 20/0.40 и более дорогого планахромата 20/0.40 – является наличие коррекции латерального хроматизма (хроматической разности увеличений, ХРУ), что позволяет использовать представленный в этой статье Plan 20×0.4 без специальных компенсационных окуляров, то есть в прямом фокусе.
Технические характеристики
Оптическая схема – не опубликована производителем. Вероятно, 6-7 линз в 4 группах, типа планахромата Богехольда.
Предполагаемая оптическая конструкция объектива Plan 20×0.4. Рисунок из патента US 4174151.
Тип коррекции – планахромат;
Тубусное расстояние – 160 мм;
Парфокальное расстояние – 45 мм;
Кратность увеличения – 20×;
Числовая апертура – 0.4;
Рабочее расстояние – ~9 мм;
Толщина покровного стекла – 0.17 мм;
Тип крепления – стандарт RMS (резьба 4/5” × 1/36”);
Особенности – микроскопный объектив, не имеет ирисовой диафрагмы и фокусировочного механизма.
Стоимость – ~15-20$ (можно приобрести новым здесь или здесь).
Конструкция и исполнение объектива
Несмотря на совсем скромную стоимость, объектив сделан очень качественно. Корпус полностью из металла, дизайн даже можно называть красивым. Качество обработки корпусных элементов высокое. Линзоблок объектива не подпружинен, как у типичных биологических 20×0.4, но ему это и не нужно, ведь рабочее расстояние у этого Plan 20×0.4 составляет примерно 9 мм, что даже больше, чем у некоторых 10× объективов.
Что важно – почти нет претензий к качеству чернения объектива. Внутри ничего не блестит, хотя и не все торцы линз покрыты черным лаком. Антибликовое покрытие отличается от практически всех известных мне недорогих микрообъективов: линзы имеют качественное многослойное просветление с зелеными и желтыми бликами, подобное тому, что используется на линзах современных фотообъективов.
Спектр светопропускания Plan 20×0.4.
Такое покрытие обеспечивает ровный спектр светопропускания от ~430 до ~700 нм – таким спектром даже на порядок более дорогие фотообъективы похвастать не могут.
Объектив отличается и довольно непростой оптической конструкцией. Большая передняя линза объектива выполнена в форме апланатического мениска из высокопреломляющего стекла (материал наподобие H-ZLaF4LA с преломлением порядка n=1.82-1.9 и числом Аббе v~35-45) – типичный выбор для объективов с большим рабочим расстоянием.
Спектр XRF передней линзы объектива Plan 20×0.4. Детектируются лантан, гадолиний, иттрий, тантал, ниобий, цирконий, цинк, барий. Стекло соответствует сверхтяжелому лантановому флинту.
Задняя группа линз представляет собой отрицательный мениск, возможно – склеенный из двух линз (обратная склейка – положительный флинт и отрицательный крон). Такой мениск, появившийся впервые в объективах Г. Богехольда, служит для реализации коррекции кривизны поля объектива, а также играет ключевую роль в исправлении латерального хроматизма. Изучение спектра рентгеновской флуоресценции задней линзы позволяет предположить, что она либо сделана из титанового флинта (бессвинцового аналога обычных стекол типа ЛЗОС Ф1 n=1.613, v=37), либо из титанового флинта, склеенного с обычным кроном.
Спектр XRF задней линзы объектива Plan 20×0.4. Детектируются калий, титан, цинк, сурьма.
На высокий уровень исполнения объектива указывает и то, что он собран с применением автоколлимационной сборки с дополнительной центрировкой аж двух компонентов схемы через отверстия в корпусе, находящиеся под декоративной рубашкой объектива. Можно сказать, по сравнению с другими объективами 20×0.4 аналогичного ценового диапазона этот выглядит как будто с другой планеты – это совсем другой уровень исполнения, которого не ждешь от бюджетного варианта.
Оптическое качество. Сравнительный тест
Тестирование объектива Plan 20×0.4 было выполнено путем съемки объект-микрометров отраженного и проходящего света на камеру Sony NEX-6 (APS-C, диагональ кадра ~30 мм) в прямом фокусе. Сравнение выполнено с современными китайскими объективами: 1) ахроматом 20/0.40 160/0.17 и 2) планахроматом с коротким рабочим расстоянием 20/0.40 160/0.17.
Снимки в отраженном свете с использованием бокового освещения ярко демонстрируют преимущества большого рабочего расстояния ~9 мм объектива Plan 20×0.4 по сравнению с конкурентами, у которых оно не превышает 1.5 мм. При этом уже видно и то, что Plan 20×0.4 обладает лучшим качеством изображения по полю.
Большое рабочее расстояние объектива Plan 20×0.4 позволяет даже при боковом освещении реализовать его числовую апертуру и получить изображение с минимумом дифракционных артефактов.
В проходящем свете тестирование выполнено как с покровным стеклом, так и без него. Ниже приведены фото микрометра с покровным стеклом.
Как можно заметить, качество изображения по полю у Plan 20×0.4 с увеличенным рабочим расстоянием разительно выше, чем у объективов сравнения – прежде всего за счет исправления латерального хроматизма. При этом, конечно, оно далеко от идеала: нетрудно заметить существенные аберрации по типу комы. В центральной области Plan 20×0.4 сильно уступает планахромату с коротким рабочим расстоянием по степени исправления сферохроматических аберраций, но оказывается в целом лучше, чем 20×0.4 ахромат.
Далее представлены фото без покровного стекла.
Качество изображения объектива Plan 20×0.4 с увеличенным рабочим расстоянием в центре поля практически не изменилось, но стало заметно хуже по полю из-за возросшего астигматизма. Внезапно выросло качество изображения в центре у дешевого 20×0.4 ахромата: оказывается, этот объектив лучше работает без покровного стекла, чем с покровным, вопреки маркировке. И ахромат 20×0.4, и планахромат с коротким рабочим расстоянием опережают Plan 20×0.4 по качеству изображения в центре за счет лучшей коррекции сферохроматизма.
Результаты теста едва ли можно назвать удивительными: в объективе Plan 20×0.4 за счет более прогрессивной конструкции удалось добиться исправления латерального хроматизма, кривизны поля и астигматизма, но все же применяемые материалы и число линз не позволяют достичь хорошей степени коррекции продольного хроматизма при таком большом рабочем расстоянии. Если бы при расчете объектива при той же сложности схемы оно было бы задано как ~1 мм, то в результате качество изображения было бы намного выше. Зачем вообще понадобилось объективу для биологических микроскопов делать отрезок 9 мм – совсем не ясно. Возможно, этот объектив появился как версия похожего по параметрам металлографического LMPlan 20/0.40 160/0 WD8.8, стоящего, однако, вдвое дороже.
Далее – пара примеров снимков на Sony NEX-6 в прямом фокусе без использования стекинга.
На фото: 1) Оксалатокупрат калия, 2) Свечение легированного марганцем пирофосфата магния, 3) Пузырь воздуха в масляной среде при наблюдении дисперсии оксидного нанокомпозита в темном поле, 4-6) диатомит в светлом и темном поле (конденсор КФ-4М), 7) готовый окрашенный препарат среза листа растения, 8) готовый окрашенный препарат мазка крови человека, 9) готовый окрашенный препарат среза стебля тыквы, 10) готовый окрашенный препарат мышечной ткани.
Затем представлены фотографии, сделанные со стекингом на то же оборудование. Снимки сделаны в RAW с последующей обработкой в ACR (в т.ч. с подавлением цветных окантовок) и стекингом в Helicon Focus.
На фото: 1) Мембранный чип газового сенсора с чувствительным слоем, 2) Пероксофторотитанат аммония, 3) Оксалатокупрат калия, 4-5) Персульфат аммония, 6) Фасеточный глаз мухи, 7) Пирофосфат магния, 9-10) Мембранный чип газового сенсора, 11-12) Разрез гранул катализатора; 13-14) Иодид свинца в темном и светлом поле; 15-17) Диатомит в светлом и темном поле (конденсор КФ-4м); 18) готовый окрашенный препарат среза листа растения.
Выводы
Среди доступных бюджетных решений объектив Plan 20×0.4 прежде всего характеризуется удовлетворительным исправлением аберраций в пределах большого поля 30 мм (APS-C), чем он выгодно отличается как от советских старых объективов типа ЛОМО ОМ-27 20×0.4, так и от других китайских ахроматов и планахроматов. Похвал достойно и общее качество исполнения объектива – сборка, чернение, просветление линз. Очень удобным в работе является большое рабочее расстояние. А вот коррекция продольных хроматических аберраций выполнена весьма посредственно, и выраженная фиолетовая бахрома существенно ограничивает применения объектива для фотосъемки: в этом объектив своим китайским аналогам по параметрам уступает. Впрочем, это общая проблема дешевых объективов с большим рабочим расстоянием.
Еще обзоры микрооптики – здесь.
