Объектив микроскопа Plan 10/0.25 160/0.17. Сравнительный обзор

Материал специально для Радоживы подготовил Родион Эшмаков.

Объектив Plan 10/0.25 160/0.17 (далее – Plan 10/0.25) – бюджетный (~20-25$) китайский планахромат малого увеличения для биологических микроскопов с конечным тубусным расстоянием. От очень простого и дешевого 10/0.25 ахромата этот объектив отличается значительно лучшим качеством изображения, а от некоторых других план-объективов (например, 10/0.25 из этой линейки оптики) – коррекцией латерального хроматизма (хроматической разности увеличения, ХРУ), что дает возможность без проблем использовать объектив без специальных компенсационных окуляров, в том числе – для фотосъемки в прямом фокусе, без промежуточной оптики.

Смотрите также статьи про другие современные китайские объективы под конечную систему, подходящие для фотосъемки: 40/0.65, 20/0.40, 5/0.15, 2/0.05.

Технические характеристики

Оптическая схема – не опубликована производителем. Скорее всего – 6 линз в 4 группах, типа апланата Рихтера с менисковым корректором.

Тип коррекции – планахромат;
Тубусное расстояние – 160 мм;
Парфокальное расстояние – 45 мм;
Кратность увеличения – 10×;
Числовая апертура – 0.25;
Рабочее расстояние – ~9 мм;
Толщина покровного стекла – 0.17 мм (можно использовать без него);
Тип крепления – стандарт RMS (резьба 4/5” × 1/36”);
Особенности – микроскопный объектив, не имеет ирисовой диафрагмы и фокусировочного механизма.
Стоимость – ~20$ (можно приобрести новым здесь или здесь).

Конструкция и исполнение объектива

Объектив Plan 10/0.25 сделан в тяжелом корпусе из латуни с качественной внешней отделкой и приятным дизайном. Линзоблок объектива не имеет пружины, но при таком рабочем расстоянии (около 9 мм) это и не требуется.

Межлинзовые поверхности, некоторые из торцов линз, диафрагма объектива имеют качественное матовое чернение, чем этот китайский Plan 10/0.25 выделяется среди других похожих решений. А вот просветляющее покрытие в этом объективе попроще, чем в 20/0.4 и 40/0.65 из той же линейки. Покрытие на линзах имеет розово-фиолетовый блик и слегка желтит. Скорее всего это однослойное просветление – такое же, как на других дешевых китайских микрообъективах.

Оптическая схема объектива рассчитана с применением современных материалов – как минимум лантановых кронов. Спектр рентгеновской флуоресценции передней линзы указывает на соответствие ее лантановому крону (определение Ba, La, Zn, Sr), причём детектируется также яркий пик ниобия, который принадлежит второй линзе объектива, сделанной из бессвинцового (титан-ниобиевого) флинта.

Такой вид спектра, а также наблюдаемые визуально особенности конструкции объектива – например, наличие двух рядов центрировочных отверстий в корпусе – позволяют заключить, что оптическая схема объектива состоит из 4 компонентов, а не из 3, как у советских ОМ-2 План 9/0.2 или ОПХ-10Л План 10/0.22 Л. Передний компонент, по-видимому, является положительным апланатическим мениском, после которого идут два дублета, разделенных большим воздушным промежутком. Задний компонент является одиночным толстым мениском с малой оптической силой – по типу того, что используется в объективах «Таир». В целом такая конструкция является очень даже адекватной для планахромата и теоретически позволяет достигать хорошей коррекции полевых искажений. Более того, использование нидкодисперсных высокопреломляющих стекол типа тяжелых фосфатных кронов (CDGM H-FK55, H-ZPK7, H-ZPK5, H-TK9) могло бы также кардинально решить вопрос с хроматическими аберрациями системы, но, скорее всего, эти материалы в объективе, к сожалению, не использованы.

Оптическое качество. Сравнительный тест

Тестирование объектива Plan 10/0.25 160/0.17 было проведено путем съемки объект-микрометров отраженного и проходящего света на камеру Sony NEX-6 (APS-C, диагональ кадра ~30 мм) в прямом фокусе. Для сравнения были отобраны следующие объективы:

1. ЛОМО 10/0.3 Ф (ФОМ-5) (с выцветшим фазовым кольцом – нечестно в плане сравнения общего контраста изображения, в остальном актуально). Обзор наилучшего из вариантов этого объектива – оригинального Carl Zeiss Jena 10/0.30 160/- с просветлением линз – здесь;
2. ЛОМО 10/0.4 Л (ОМ-33Л) в заводском исполнении;
3. ЛОМО План 10/0.22 Л (ОПХ-10Л) – у объектива есть следы от протирки на передней линзе, снижающие общий контраст. Сравнение аберраций все еще актуально.
4. ЛОМО СХ 10/0.25 Ф 160/0.17 – самый современный объектив ЛОМО под конечный тубус с полным исправлением латерального хроматизма. Фазовое кольцо снижает общий контраст изображения, в остальном сравнение все еще актуально.
5. Китайский 10/0.25 160/0.17 ахромат в серебристом корпусе, оптически полный аналог этого в черном корпусе.
6. Китайский Plan 10/0.25 160/0.17, который не представлен на Aliexpress и закупается для комплектования микроскопов некоторыми третьесортными брендами типа «Левенгук». Объектив отличается от представленного в обзоре более короткой оптической схемой (габарит от первой до последней линзы) и откровенно хреновым качеством изготовления (чернение, внешняя отделка).

Чтобы наглядно показать разницу между объективом из обзора и другим китайским 10/0.25 планахроматом приведу ниже парные фото этих объективов в частично разобранном виде.

Как можно заметить, у объектива из обзора задняя линза находится ближе к плоскости крепления объектива (более длинная оптическая схема), на корпусе присутствуют два ряда юстировочных отверстий, а еще чернение залинзового пространства выполнено лучше.

Далее приведены снимки в отраженном и проходящем свете с использованием объектива Plan 10/0.25 160/0.17, который представлен в этом обзоре.

Затем – кропы фотографий, сделанных в равных условиях на испытуемые объективы.

По результатам тестирования в отраженном свете можно сделать вывод, что наибольшей разрешающей способностью из испытанных объективов обладают ЛОМО 10/0.4 Л (ОМ-33Л) и ЛОМО 10/0.3 Ф (ФОМ-5), но эти же объективы имеют очень сильные кривизну поля, астигматизм и латеральный хроматизм, что делает их сомнительным решением для съемки в прямой проекции. Кроме того, как показывает тест в проходящем свете, объектив ЛОМО 10/0.4 Л имеет выраженные сферохроматические аберрации, делающие изображение нерезким (разрешение есть, резкости нет – так бывает, это разные вещи), что для фотосъемки неприемлемо.

Объектив ЛОМО 10/0.25 СХ 160/0.17 Ф, рассчитанный довольно известным оптиком Дмитрием Фроловым – это вообще «вещь в себе». Объектив имеет выраженные сферические аберрации по всему полю изображения, присутствует заметный астигматизм. Объектив нерезкий сам по своему оптическому расчету.

Китайский дешевый ахромат, который на этот раз тестируется в исходном заводском исполнении, без модификаций (чернения и диафрагмирования до NA=0.2), обладает хорошей резкостью в центре поля, но также имеет очень сильный астигматизм по краю изображения. Также объектив страдает от очень сильных сферохроматических аберраций. Апертура 0.25 для него явно излишняя, так что советую этот объектив по возможности доработать, как описано в обзоре – в таком случае от него куда больше толку.

Китайский планахромат с «коротким» линзоблоком обладает, как ни странно, кривым полем, хотя и с лучшим исправлением астигматизма, чем у ахроматов. При этом исправление сферической аберрации весьма паршивое. Общий контраст из-за отвратительного качества изготовления (внутри объектива все блестит) также низкий.

Очень известный среди микроскопистов и ценимый микрофотографами объектив ЛОМО План 10/0.22 Л (ОПХ-10Л) демонстрирует наилучшее исправление сферохроматизма среди всех испытанных объективов – сказывается наличие в оптической схеме особых стекол. Но вот по полю его качество совсем не выдающееся: во-первых, латеральный хроматизм все еще очень даже заметен. Во-вторых, объектив имеет заметный астигматизм (коррекция «елочкой»), потому по краю поля изображение точки сфокусировать нельзя – оно будет всегда в виде крестообразного пятна. Объектив из-за этих аберраций уступает китайским планахроматам в качестве изображения по полю.

Наконец, представленный в этом обзоре Plan 10/0.25, как следует из результатов теста, демонстрирует наилучшее качество изображения по полю за счет хорошей коррекции астигматизма и латерального хроматизма, а также не уступает по резкости в центре поля объективу ЛОМО 10/0.22. Единственный недостаток – сферохроматизм у китайского объектива все же более заметен, чем у ОПХ-10Л – по-видимому из-за отсутствия особых стекол в оптической схеме.

Таким образом, по совокупности качеств китайский Plan 10/0.25, представленный в этом обзоре, обладает наилучшими оптическими характеристиками для нужд фотосъемки.

Далее приведены примеры фотографий, сделанные на Sony NEX-6 в прямом фокусе без стекинга.

Предметы на фото: 1-3) Композиты CoGa2O4-Ga2O3 с разным содержанием кобальта (темное поле, конденсор КФ-1); 4) оксалат олова(II) (темное поле, конденсор КФ-4М); 5-6) шлифы осадочных горных пород (простая поляризация); 7) диатомовые водоросли из диатомита; 8) окрашенный срез листа растения – готовый препарат; 9) окрашенный мазок крови человека – готовый препарат, 10) окрашенная мышечная ткань – готовый препарат.

Затем – снимки на ту же аппаратуру с применением стекинга.

На фото: 1-3) Композиты CoGa2O4-Ga2O3 с разным содержанием кобальта (темное поле, конденсор КФ-1); 4) Мембранный чип газового сенсора; 5) Шлифованная гранула катализатора; 6) Селенид галлия(II); 7) Оксалат олова(II) (темное поле, конденсор КФ-4М); 8-9) хлорид бария (простая поляризация); 10-12) диатомовые водоросли из диатомита (темное и светлое поле, конденсор КФ-4М); 13) окрашенный срез листа растения – готовый препарат; 14) окрашенный мазок крови человека – готовый препарат.

Выводы

Рассмотренный в обзоре китайский Plan 10/0.25 160/0.17 неидеален из-за недостаточно хорошего исправления продольных хроматических аберраций, но по совокупности качеств – оптических свойств, доступности и стоимости – объектив очень хорош. Уже то, что этот Plan 10/0.25 в целом опережает дорогостоящий ЛОМО План 10/0.22 Л по качеству изображения, означает, что для каждого желающего заниматься микрофотографией есть недорогой объектив, который можно купить в любых количествах в любое время.

Этот Plan 10/0.25 160/0.17 – отличный вариант для тех, кто желает заменить старый объектив, штатный ахромат или же просто низкокачественный планахромат на своем микроскопе. В случае советских объективов типа 8/0.2, польских PZO 10/0.24 и других подобных прирост качества изображения и комфорта наблюдений можно ожидать очевидный.

Еще обзоры микрооптики – здесь.