Обзор устройства КФ-1 с объективами Ф 10×0.3, Ф 20×0.4, Ф 40×0.65, Ф МИ 90×1.25, Ф ВИ 40×0.75 и Ф АПО ВИ 70×1.23 для фазового контраста

Материал специально для Радоживы подготовил Родион Эшмаков.

Содержание

• Кратко об устройстве КФ-1
• Фазовый контраст – кратко
• Технические характеристики конденсора КФ-1
• Конструкция и исполнение конденсора
• Оптические свойства конденсора
• Объективы для КФ-1: общая информация
• Объективы для КФ-1: 10×0.3 Ф ОМ-5
• Объективы для КФ-1: 20×0.4 Ф ОМ-27
• Объективы для КФ-1: 40×0.65 Ф МШ
• Объективы для КФ-1: 90×1.25 Ф МИ ОМ-41
• Объективы для КФ-1: 40×0.75 Ф ВИ ОМ-23
• Объективы для КФ-1: 70×1.25 Ф АПО ВИ ОМ-25
• Выводы

Еще обзоры микрооптики здесь.

Кратко об устройстве КФ-1

Устройство КФ-1 предназначено для наблюдения в микроскоп при помощи метода фазового контраста в проходящем свете. Очень кратко – этот комплект позволяет существенно улучшить опыт использования простых биологических микроскопов, поскольку с его помощью можно работать с неокрашенными, в том числе живыми микропрепаратами без предварительной пробоподготовки.

Это самый ранний вариант советского фазовоконтрастного устройства, являющийся аналогом комплекта, выпускаемого Carl Zeiss Jena – представленный в этом обзоре конденсор изготовлен в 1949 г. В комплект КФ-1 кроме конденсора Цернике с кольцевыми диафрагмами (собственно, КФ-1) входят также вспомогательный микроскоп Мир-4 для совмещения колец и четыре объектива-ахромата стандарта RMS – 10×0.3 Ф ОМ-5 (обзор обычного аналога здесь), 20×0.4 Ф ОМ-27 (обзор обычной версии здесь), 40×0.65 Ф МШ (обзор обычной версии здесь), 90×1.25 Ф МИ ОМ-41 масляной иммерсии, оснащенные специальными фазовыми кольцами, протравленными в линзах или на установленных в межлинзовом пространстве пластинках. Отличительной чертой объективов из комплекта КФ-1 является наличие красной буквы Ф на корпусе, хотя все объективы, кроме 90×1.25, совместимы и с более поздними конденсорами Цернике КФ-4 и КФ-4М. Помимо указанных объективов в этом обзоре представлены также и дополнительные объективы водной иммерсии, которые изначально не входят в комплект КФ-1, но также могут быть использованы с ним: ахромат 40×0.75 Ф ВИ ОМ-23 (обзор обычной версии здесь) и флюоритовый апохромат 70×1.25 Ф АПО ВИ ОМ-25.

Фазовый контраст – кратко

Подробная информация о принципе метода фазового контраста приведена на сайте компании Nikon здесь, также можно прочитать переводной вариант на русском языке здесь.

Принципиально метод фазового контраста является очень далеким развитием темнопольной микроскопии, познакомиться с которой можно в этой статье. В методе темного поля контрастное яркое изображение предмета на чёрном фоне создается за счет выбора угла освещения такого, что в объектив прямые пучки света из осветителя не попадают, но приходят пучки рассеянного предметом излучения.

В методе фазового контраста предмет освещают при помощи конденсора с кольцевой диафрагмой, числовая апертура которой меньше апертуры объектива. Предмет представляется как структура типа дифракционной решетки, через которую часть света проходит без изменения фазы, а часть – с изменением. Пучки света от конденсора при этом могут изменять свое направление, а могут оставаться неизменными.

После взаимодействия с предметом свет поступает в объектив, имеющий в плоскости входного зрачка специальное кольцо с диаметром, соответствующим числовой апертуре кольца конденсора. Фазовое кольцо объектива протравлено в стекле и нанесено при помощи алюминия или серебра, вследствие чего из-за высокого эффективного показателя преломления материала кольца фаза проходящего света поворачивается на 90°. Через фазовое кольцо проходит в основном свет, прошедший через предмет без изменения направления, а через остальную апертуру объектива – рассеянный предметом свет. В плоскости изображения эти пучки света интерферируют, что приводит к сложению пучков, прошедших через предмет с небольшим изменением фазы (на ~90°) и вычитанию рассеянного излучения.

Таким образом, классический метод позитивного фазового контраста позволяет визуализировать особенности строения неокрашенных препаратов, связанные с очень небольшими по амплитуде и протяженности флуктуациями показателя преломления, которыми являются живые клетки в воде, трещины и включения в кристаллах, органеллы клеток и прочее.

Ниже приведены парные фотографии кристалла тетрафенилгермания, выполненные с помощью камеры Sony NEX-6 и объектива Ф ОМ-5 10×0.3 в светлом поле и по методу фазового контраста с конденсором КФ-1.

Далее – снимки пыльцы тюльпана на иммерсионный объектив Прогресс О6АМ-60 60×1.0-0.7 МИ при освещении в светлом и темном поле, а также на объектив Ф МИ ОМ-41 90×1.25 с конденсором КФ-1 при фазовом контрасте.

Нетрудно заметить, что метод фазового контраста позволяет подчеркнуть невидимые при обычном освещении по методу светлого поля особенности структуры наблюдаемого препарата. В частности, фазовый контраст отлично передает рельеф поверхности и скрытые дефекты структуры, повышает общий контраст изображения, однако вместе с тем может существенно искажать цвет предмета и вносить характерные ореолы.

Технические характеристики конденсора КФ-1

Оптическая схема – 2 линзы в 2 группах, светосильный анахромат (конденсор Аббе);

Фокусное расстояние – 15.44 мм;
Числовая апертура – 0.8;
Размер освещаемого предмета – ~8 мм (при числовой апертуре 0.1, в том числе в режиме темного поля с апертурой 90);
Требуется иммерсия – нет;
Рабочее расстояние – ~2-4 мм;
Диаметры апертур – ø27 мм (NA=0.8, слот 0), ø15 мм (NA=0.44, промежуточный пустой слот), ø5-7 мм (NA=0.2, слот 10), ø6.5-8.5 мм (NA=0.25, слот 20), ø7-9 мм (NA=0.26, слот 40), ø10-12.5 мм (NA=0.37, слот 90);
Ирисовая апертурная диафрагма – есть;
Оправа для светофильтров – есть;
Посадочный диаметр – 37 мм;
Совместимые объективы – Ф ОМ-5 10×0.3, ЛОМО СХ 10/0.25 160/0.17 Ф, Ф ОМ-27 20×0.4, ЛОМО 20/0.4 160/0.17 Ф (DIN), Ф МШ 40×0.65, Ф ВИ ОМ-23 40×0.75, ЛОМО СХ 40/0.65 160/0.17 Ф, Ф АПО ВИ ОМ-25 70×1.25, Ф МИ ОМ-41 90×1.25 (только красная Ф).

Конструкция и исполнение конденсора

Конденсор КФ-1 выполнен из целиком из стекла и металла и представляет собой большую плоскую тарелку с барабаном диафрагм. В верхней части КФ-1 находится линзоблок, блестящая боковая поверхность которого служит для крепления в кольце микроскопа под предметным столиком. В отличие от ОИ-10, конденсор КФ-1 не мешает работе вращающихся столиков микроскопом М-10, МБИ-1, МБР-1, Биолам-Р. Блок линз КФ-1 совместим с поздними конденсорами КФ-4 и КФ-4М, но не совместим со штатными конденсорами светлого поля: другая резьба посадки, другие линзы и другие параметры. Нередко путают колпачки с верхними линзами конденсоров КФ-1/КФ-4 с линзами от обычного конденсора КОН-3 – но линзу от КФ легко отличить по гораздо меньшей кривизне поверхности по сравнению с полусферической линзой КОН-3.

Также в отличие от КОН-3 у КФ-1 большая из линз имеет очень большую толщину. Обе линзы КФ-1 выполнены из стекла типа флинта Ф-2 или тяжелого флинта ТФ-1, на что указывает детектирование свинца в спектрах рентгеновской флуоресценции.

Ребристая боковая поверхность тарелки КФ-1 служит для переключения диафрагм, находящихся во вращающемся барабане. Всего конденсор имеет 9 слотов, из которых 1 пустой с диаметром 27 мм – для работы в режиме светлого поля, 4 содержат стеклянные вставки с нанесенными краской кольцевыми диафрагмами для фазовоконтрастных объективов и еще 4 – пустые с диаметром 15 мм, находятся между кольцевыми диафрагмами. По-видимому, пустые слоты нужны для поиска предмета в режиме светлого поля после переключения объективов. Их можно также использовать для установки собственных вставок (например, для сторонних объективов), что делает КФ-1 хорошей платформой для модификации.

В нижней части КФ-1 находится ирисовая диафрагма для работы в режиме светлого поля, а также две винтовые ручки для центрировки подвижного барабана кольцевых диафрагм. При помощи этих ручек и подстройки положения конденсора по высоте относительно предметного столика осуществляется совмещение фазового кольца объектива с кольцевой диафрагмой конденсора. Эта простая операция может проводиться при помощи вспомогательного микроскопа Мир-4, устанавливаемого вместо окуляра, либо при помощи очень близорукого глаза, также устанавливаемого вместо окуляра (мой вариант).

Типичными проблемами конденсора КФ-1 и более новых КФ-4/КФ-4М являются ослабление фиксаторов в центральной части тарелки, что приводит к прокручиванию отдельных частей корпуса вместе с блоком диафрагм; застывание смазки в подвижном блоке центрировки барабана, особенно в подпирающей блок пружинке, находящейся напротив регулировочных ручек; застывание масла на лепестках ирисовой диафрагмы, осыпание краски с кольцевых диафрагм. В целом больших проблем обслуживание КФ-1/КФ-4/КФ-4М не вызывает. При этом довольно хлипкая конструкция и невозможность независимой центрировки диафрагм – главные недостатки КФ-1.

Оптические свойства конденсора

КФ-1 – это простой двухлинзовый конденсор Аббе, в котором не исправлены сферические и хроматические аберрации. Есть неочевидное преимущество КФ-1 (и более поздних КФ-4, КФ-4М) перед большинством штатных конденсоров Аббе микроскопов – он рассчитан на применение без иммерсии и притом имеет довольно неплохую числовую апертуру 0.8. Этого достаточно для работы с большинством «сухих» объективов, поскольку предельная числовая апертура для них не превышает 0.95 принципиально.

Кроме того, КФ-1 отличается большим рабочим полем, которого достаточно и для использования КФ-1 с обзорными 4-5× объективами с полем изображения до 30 мм. Чтобы обеспечить возможность работы с 2-3.5× объективами можно снять верхнюю линзу КФ-1 и оставить только крупную нижнюю, числовая апертура которой примерно равна 0.3. Штатные конденсоры Аббе с NA=1.25 зачастую дают очень сильное виньетирование с обзорными объективами.
Конденсор КФ-1 может быть также использован для получения освещения по методу темного поля для объективов с числовой апертурой не более ~0.4 (типичная для 20×) и полем предмета не более ~8 мм (4× при изображении 30 мм) – для этого следует выбрать кольцевую диафрагму наибольшего диаметра (слот 90) и отрегулировать положение конденсора по высоте. Недостатком такого темнопольного освещения является наличие цветовых искажений, связанных с выраженными хроматическими аберрациями конденсора-анахромата. Примеры фото, сделанные с объективами 4×-20× и конденсором КФ-1 в темнопольном режиме приведены ниже.

Выявленные достоинства и недостатки конденсора КФ-1 побудили меня выполнить расчёт конденсора, который позволял бы без лишних телодвижений проводить наблюдения с сухими объективами, включая обзорные с полем предмета 8 мм и высокоапертурные с числовой апертурой 0.9, а также был бы пригоден для реализации темнопольного освещения без цветовых искажений. В расчёте учтены реальные габариты осветительной системы. Асферические элементы из расчета исключены, поскольку их стоимость неприемлемо велика при малосерийном производстве. По итогу получился четырехлинзовый конденсор ахромат-апланат, отвечающий заданным требованиям. В расчете использованы современные материалы со сверхвысоким преломлением (n>1.9). Для этого конденсора оптимально, но не обязательно применение источника света с полусферической геометрией.

Для сравнения – конденсор Аббе с числовой апертурой 0.7 в тех же условиях.

Как видно, даже при существенно меньшей апертуре конденсор Аббе имеет буквально в 10 раз более протяженный вторичный спектр, размер его аберрационных пятен в 10-20 раз больше, чем у рассчитанного мною ахроматического-апланатического конденсора. В целом конденсоры Аббе крайне неэффективны при необходимости обеспечения качественного освещения с объективами высоких апертур – они создают больше количество рассеянного света, что может негативно влиять на контраст изображения. И, как ранее отмечено, их также не очень удобно использовать как темнопольные, а для высокоапертурных объективов – практически невозможно.

Объективы для КФ-1: общая информация

Фазовоконтрастное устройство КФ-1 комплектуется 4 объективами: Ф ОМ-5 10×0.3, Ф ОМ-27 20×0.4, Ф МШ 40×0.65, Ф МИ ОМ-41 90×1.25. Отличительной чертой объективов из комплекта КФ-1 является красная буква Ф на корпусе. Объективы из комплекта КФ-4 имели черную букву Ф на корпусе, хотя все они, кроме 90×1.25, совместимы с КФ-1. Комплектные объективы КФ-1 и КФ-4 соответствуют стандарту RMS – резьба 20.2 мм и парфокальное расстояние 33 мм. Объективы для КФ-4М выполнены уже по стандарту DIN с парфокальным расстоянием 45 мм.

Объективы к КФ-1 и КФ-4 выполнены на базе обычных Прогресс/ЛОМО ОМ-5 10×0.3, ОМ-27 20×0.4, МШ 40×0.65 и ОМ-41 90×1.25 МИ. Как и обычные версии, фазовоконтрастные МШ и ОМ-41 не оснащены пружиной, защищающей объектив от разрушения передней линзы при столкновении с препаратом. Объективы в комплекте КФ-1 имеют разный вид фазовых колец – вероятно, они изготовлены разными способами. Очень частой проблемой фазовых объективов является выцветание (окисление) фазовых колец, что приводит к невозможности реализации метода фазового контраста. Визуально распознать такой дефект порой бывает сложно, но блеклость и высокая прозрачность колец должны насторожить при покупке.

Особняком стоят объективы водной иммерсии – ахромат Ф ВИ ОМ-23 40×0.75 и апохромат Апохр. ВИ Ф 70×1.25 (он же Ф АПО ВИ 70×1.23). Они не входят в комплект КФ-1, но также имеют красную букву Ф на корпусе и оказались совместимы с конденсором КФ-1. Для использования объектива 40×0.75 необходимо кольцо в слоте 40, для 70×1.25 – кольцо в слоте 90 конденсора КФ-1. Возможно, это совпадение, а объективы предназначались для работы с панкратическим конденсором с кольцевой вставкой. Оба объектива парфокальны с комплектными для КФ-1.

Все объективы для КФ-1 и КФ-4, а также объективы водной иммерсии Ф ВИ ОМ-23 40×0.75 и Ф АПО ВИ 70×1.25 не имеют просветляющего покрытия, их внутреннее чернение и светозащита крайне посредственные. Фазовое кольцо также само по себе способствует снижению контраста изображения. Как итог – все эти объективы крайне посредственно себя показывают при работе в обычном светлом поле. Вследствие этого, а также того, что латеральный хроматизм у этих объективов не исправлен, я не советую пользоваться этими объективами для наблюдений в светлом поле.

Объективы для КФ-1: 10×0.3 Ф ОМ-5

Оптическая схема – 5 линз в 3 группах, светосильный апланат;

Тип коррекции – ахромат;
Тубусное расстояние – 160 мм;
Парфокальное расстояние – 33 мм;
Кратность увеличения – 10×;
Числовая апертура – 0.3 (фазовое кольцо 0.2);
Рабочее расстояние – 7.2 мм;
Толщина покровного стекла – 0-0.17 мм;
Тип крепления – стандарт RMS (резьба 4/5” × 1/36”);
Латеральный хроматизм – исправляется компенсационным окуляром (типа ЛОМО 4×, К10×/18) или игнорируется;
Особенности – микроскопный объектив, не имеет ирисовой диафрагмы и фокусировочного механизма.

Штатный объектив 10×0.3 из комплекта КФ-1, пожалуй, наиболее резкий при использовании для фотосъемки благодаря приемлемому сочетанию числовой апертуры (в том числе апертуры фазового кольца) и увеличения. В центре поля объектив действительно хорош, но по краю из-за очень высокого уровня астигматизма и латеральной хроматики качество быстро снижается.

Латеральный хроматизм Ф ОМ-5 10×0.3 компенсировать, по сути, нечем: компенсационные окуляры серии К дают перекомпенсацию (как используемый мною в качестве компонента реле окуляр К5× МЛ-2). Есть не вполне проверенные сведения, что окуляры Гюйгенса могут выступать в качестве компенсационных для этого объектива, но они сами по себе обладают неприемлемым букетом аберраций.

По-видимому, кривизна поля делает невозможным получения равномерного эффекта фазового контрастирования за пределами поля изображения ~20 мм. Фазовое кольцо объектива окрашивает задний план в коричневый цвет.

Ниже приведены примеры фото на Sony NEX-6 и объектив Ф ОМ-5 10×0.3 в прямом фокусе и с использованием реле из окуляра К5× МЛ-2 и объектива WitrueHD 75/2.8 10 Mpix.

Далее примеры фото со стекингом.

Объективы для КФ-1: 20×0.4 Ф ОМ-27

Оптическая схема – 5 линз в 3 группах, светосильный апланат;

Тип коррекции – ахромат;
Тубусное расстояние – 160 мм;
Парфокальное расстояние – 33 мм;
Кратность увеличения – 20×;
Числовая апертура – 0.4 (фазовое кольцо 0.25);
Рабочее расстояние – 1.7 мм;
Толщина покровного стекла – 0.17 мм;
Тип крепления – стандарт RMS (резьба 4/5” × 1/36”);
Латеральный хроматизм – исправляется компенсационным окуляром (типа ЛОМО 4×, К10×/18) или игнорируется;
Особенности – микроскопный объектив, не имеет ирисовой диафрагмы и фокусировочного механизма.

Этот объектив построен на базе ахромата ОМ-27 20×0.4, который звезд с неба не хватает, но обладает терпимым качеством изображения в центральной части поля. Как и в случае Ф ОМ-5 10×0.3, по мере удаления от центра резкость существенно ухудшается под влиянием астигматизма, кривизны поля и латерального хроматизма. Компенсировать латеральный хроматизм также нечем.

При использовании в прямом фокуса с матрицей APS-C наблюдается неравномерная окраска фона серо-синего цвета, что связано с полевыми аберрациями объектива. При съемке через реле К5× МЛ-2 и объектива WitrueHD 75/2.8 10 Mpix с размером используемого поля около 20 мм проблема практически незаметна. В комплекте КФ-1, пожалуй, именно ОМ-27 я бы назвал наиболее удобным объективом – у него неплохое увеличение, терпимое качество изображения и более однородный по сравнению с 10×0.3 фон.

Ниже приведены примеры фото на Sony NEX-6 и объектив Ф ОМ-27 20×0.4 в прямом фокусе и с использованием реле из окуляра К5× МЛ-2 и объектива WitrueHD 75/2.8 10 Mpix.

Далее примеры фото со стекингом.

Объективы для КФ-1: 40×0.65 Ф МШ

Оптическая схема – 5 линз в 3 группах, светосильный апланат;

Тип коррекции – ахромат;
Тубусное расстояние – 160 мм;
Парфокальное расстояние – 33 мм;
Кратность увеличения – 40×;
Числовая апертура – 0.65 (фазовое кольцо 0.26);
Рабочее расстояние – 0.55 мм;
Толщина покровного стекла – 0.17 мм;
Тип крепления – стандарт RMS (резьба 4/5” × 1/36”);
Латеральный хроматизм – исправляется компенсационным окуляром (типа ЛОМО К5×);
Особенности – микроскопный объектив, не имеет ирисовой диафрагмы и фокусировочного механизма.

Объектив МШ является одним из худших 40× объективов микроскопов вообще. Высокий уровень сферохроматизма, астигматизма и кривизны поля, латерального хроматизма были смертельны для обычной версии, но несколько сглаживаются в фазовой, которая работает при очень низкий числовой апертуре. Из-за этого «мыльность» изображения уже не так докучает, но детализация и разрешение оказываются очень низкими. В прямом фокусе объектив работает отвратительно, при использовании реле из окуляра К5× МЛ-2 – значительно лучше. Фон объектив окрашивает в серо-синий цвет.
Фазовый МШ имеет смысл скорее для визуальных наблюдений, для фотосъемки его разрешение недостаточно. Использование этого объектива дает мало преимуществ по сравнению с двукратным апскейлом картинки с Ф ОМ-27 20×0.4.

Как можно заметить, качество изображения в ряде объективов КФ-1 10×0.3, 20×0.4, 40×0.65 монотонно падает. Это связано с тем, что они используют одну и ту же принципиальную оптическую схему с повышающейся числовой апертурой без какой-либо существенной замены оптических материалов. Как Индустар-50 50/3.5 неплохой штатник, который на 50 Мп камеру можно поставить, так и Индустар-37 300/4.5 – отвратительный телевик, так что масштабирование одной и той же схемы в столь широких пределах ни к чему хорошему не приводит.

Ниже приведены примеры фото на Sony NEX-6 и объектив Ф МШ 40×0.65 в прямом фокусе и с использованием реле из окуляра К5× МЛ-2 и объектива WitrueHD 75/2.8 10 Mpix.

Далее примеры фото со стекингом.

Объективы для КФ-1: 90×1.25 Ф МИ ОМ-41

Оптическая схема – 6 линз в 4 группах, светосильный апланат;

Тип коррекции – ахромат;
Тубусное расстояние – 160 мм;
Парфокальное расстояние – 32.7 мм;
Кратность увеличения – 90×;
Числовая апертура – 1.25 (с КФ-1 0.8, фазовое кольцо 0.37);
Требуется иммерсия – да (масло);
Рабочее расстояние – 0.1 мм;
Толщина покровного стекла – 0-0.25 мм;
Тип крепления – стандарт RMS (резьба 4/5” × 1/36”);
Латеральный хроматизм – исправляется компенсационным окуляром (типа ЛОМО К5×);
Особенности – микроскопный объектив, не имеет ирисовой диафрагмы и фокусировочного механизма.

Этот объектив и в светлом поле, как и любой 100×1.25, показывает себя очень плохо в фотосъемке. Фазовоконтрастная версия же фактически работает еще и при очень низкой числовой апертуре, из-за чего разрешение в пространстве изображений для фотосъемки неприемлемо низкое. Тем не менее, это самый высокоапертурный объектив в комплекте КФ-1. Только его использование позволяет, например, визуализировать такие малые объекты, как бактерии. Конечно, ни о каком качестве речи не идет, но различить палочки и кокков можно – и все это без окрашивания препарата. Можно даже наблюдать за движениями живых бактерий. Правда, эстетику в этом найти сложно.

Объектив обладает чудовищно высокими аберрациями. Латеральный хроматизм компенсируется при помощи окуляра типа К5× МЛ-2.
Ниже приведены примеры фото на Sony NEX-6 и объектив Ф ОМ-41 МИ 90×1.25 в прямом фокусе и с использованием реле из окуляра К5× МЛ-2 и объектива WitrueHD 75/2.8 10 Mpix.

Далее примеры фото со стекингом.

Объективы для КФ-1: 40×0.75 Ф ВИ ОМ-23

Оптическая схема – 6 линз в 4 группах, светосильный апланат;

Тип коррекции – ахромат;
Тубусное расстояние – 160 мм;
Парфокальное расстояние – 32.7 мм;
Кратность увеличения – 40×;
Числовая апертура – 0.75 (фазовое кольцо 0.26);
Требуется иммерсия – да (вода);
Рабочее расстояние – 1.8 мм;
Толщина покровного стекла – 0.17 мм;
Тип крепления – стандарт RMS (резьба 4/5” × 1/36”);
Латеральный хроматизм – исправляется компенсационным окуляром (типа ЛОМО К5×);
Особенности – микроскопный объектив, не имеет ирисовой диафрагмы и фокусировочного механизма.

Этот объектив можно рассматривать как альтернативу Ф МШ 40×0.65. За счет более сложной оптической конструкции его качество изображения несколько выше как в центре, так и по полю. Латеральный хроматизм этого объектива может быть компенсирован окулярами типа К-5× МЛ-2. Основной недостаток – необходимость использования водной иммерсии.

Ниже приведены примеры фото на Sony NEX-6 и объектив Ф ОМ-23 ВИ 40×0.75 с использованием реле из окуляра К5× МЛ-2 и объектива WitrueHD 75/2.8 10 Mpix.

Далее примеры фото со стекингом.

Объективы для КФ-1: 70×1.25 Ф ВИ ОМ-25

Оптическая схема – 10 линз в 5 группах, 3 линзы из флюорита (CaF2), 1 линза из квасцов (KAl(SO4)2·12H2O), подвижная группа линз для коррекции сферической аберрации; светосильный апохромат-апланат;

Тип коррекции – апохромат;
Тубусное расстояние – 160 мм;
Парфокальное расстояние – 32.7 мм;
Кратность увеличения – 70×;
Числовая апертура – 1.25 (иногда встречается маркировка 1.23, с КФ-1 0.8, фазовое кольцо 0.37);
Требуется иммерсия – да (вода);
Рабочее расстояние – 0.14-0.04 мм;
Толщина покровного стекла – 0.10-0.23 мм (подстройка за счет коррекционного воротника);
Тип крепления – стандарт RMS (резьба 4/5” × 1/36”);
Латеральный хроматизм – исправляется компенсационным окуляром (типа ЛОМО К5×);
Особенности – микроскопный объектив, не имеет ирисовой диафрагмы и фокусировочного механизма.

Этот объектив имеет сложную оптическую конструкцию с применением необычных материалов. Как ни странно, но его оригинальный расчёт, скорее всего, был выполнен еще в конце XIX века Эрнстом Аббе. Три линзы в Ф ВИ АПО 70×1.25 ОМ-25 изготовлены из монокристалла флюорита, а одна линза – из алюмокалиевых квасцов. Квасцы – это очень экзотический материал, который характеризуется очень низкой химической и термической стабильностью по сравнению с оптическими стеклами. Они хорошо растворимы в воде и постепенно разрушаются при контакте с воздухом, особенно сухим, а также при нагревании свыше 100°С. Квасцы еще более мягкие и хрупкие, чем флюорит. Применение такого неудобного материала связано с отсутствием нужных по параметрам особых флинтов, без которых хорошее исправление хроматической аберрации крайне затруднительно. Линза из квасцов захоронена в тройной склейке между двух линз из простых оптических стекол, которые выполняют помимо всего еще и защитную функцию. Объектив очень чувствителен к условиям хранения – перепады температур и влажности воздуха могут вызвать деградацию склеек.

Сложная оптическая конструкция этого старого апохромата вместе с тем является довольно примитивной. В объективе с такой компоновкой невозможно исправление полевых аберраций и латерального хроматизма. Даже при использовании компенсационного окуляра типа К-5× МЛ-2 выраженный астигматизм сильно ухудшает качество изображения вне центра.

Тем не менее, по совокупности параметров именно этот объектив является наиболее интересным для использования с конденсором КФ-1. По сравнению с другими 40-90× объективами-ахроматами апохромат 70×1.23 обладает значительно лучшим исправлением аберраций в центре поля, а его вторичный спектр примерно в 5-10 раз меньше по сравнению с объективами-ахроматами. Вместе с меньшим по сравнению с Ф ОМ-41 МИ увеличением это делает Ф ОМ-25 70×1.25 более пригодным для фотосъемки.

Есть, однако и сложности, связанные с применением водной иммерсии вместо масляной. Так, из-за различия показателя преломления стекла и воды объектив довольно чувствителен к отклонениям толщины покровного стекла от расчетной 0.17 мм. Потому Ф ОМ-25 ВИ 70×1.25 имеет уникальный элемент – так называемый коррекционный воротник, то есть кольцо, вращение которого перемещает двухлинзовую склейку относительно других элементов оптической схемы, что позволяет исправить сферическую аберрацию и скомпенсировать отклонения толщины покровного стекла от расчетной. Воротник объектива размечен в миллиметрах от 0.10 до 0.23. У моего объектива он вращается очень туго из-за застывшей смазки – частая проблема этих объективов. Впрочем, при использовании метода фазового контраста из-за низкой рабочей числовой апертуры применение кольца может быть и необязательно.

Ниже приведены примеры фото на Sony NEX-6 и объектив Ф ОМ-25 ВИ 70×1.25 с использованием реле из окуляра К5× МЛ-2 и объектива WitrueHD 75/2.8 10 Mpix.

Далее примеры фото со стекингом.

Выводы

Фазовоконтрастное устройство КФ-1 сегодня – это не только музейный экспонат, но и один из самых доступных вариантов для знакомства с фазовым контрастом в микроскопии. Сам по себе метод существенно расширяет перечень доступных для наблюдения предметов и явлений, а потому представляет большой интерес.

Плюс конденсора КФ-1 в совместимости со многими советскими и немецкими микроскопами. Он хорошо подходит для работы в светлом поле, позволяет использовать темнопольное освещение для объективов с небольшой апертурой. Объективы для КФ-1 являются весьма доступными на вторичном рынке, причем к нему подойдут как более новые и совершенные объективы от конденсора КФ-4М (10-40×), так и уникальный в своем роде апохроматический объектив водной иммерсии Ф АПО ВИ 70×1.25. Наличие пустых слотов в КФ-1 делает возможной модификацию конденсора для использования с другими объективами – например, Carl Zeiss Jena PhV или современными китайскими.

К недостаткам комплекта КФ-1 можно отнести необходимость постоянной подстройки положения диафрагм при смене объективов, посредственное оптическое качество линзового блока конденсора и, главное – в целом низкое оптическое качество комплектных объективов, в особенности неисправленный латеральный хроматизм и низкие рабочие апертуры.

Еще обзоры микрооптики здесь.