Материал по объективу специально для Радоживы подготовил Родион Эшмаков.
Carl Zeiss Jena Planachromat 16/0.32 160/0.17.
Объектив Carl Zeiss Jena Planachromat 16/0.32 160/0.17 (дальше – Planachromat 16×0.32) был одним в линейке из пяти объективов стандарта DIN с плоским полем для биологических микроскопов типа Amplival, Laboval с конечным тубусным расстоянием. По своим параметрам объектив ближе всего к классическим 20×0.4 объективам, то есть объективам среднего увеличения, которые удобны тем, что нетребовательны к условиям освещения и толерантны к вариациям толщины покровного стекла наблюдаемого предмета (вплоть до его отсутствия).
Перечень объективов CZJ, производимых для биологических микроскопов с конечным тубусным расстоянием.
Важной особенностью этого объектива является необходимость его применения в паре со специальным окуляром, компенсирующим латеральные хроматические аберрации. В этом обзоре представлен способ применения Planachromat 16×0.32 для фотосъемки с применением компенсирующего окуляра (подробное рассмотрение метода потребует подготовки отдельной статьи), а также выполнено сравнение с некоторыми другими похожими объективами.
Технические характеристики
Оптическая схема – не приведена в источниках, компоновка объектива соответствует объективу типа Петцваля с двумя менисковыми корректорами;
Предполагаемая принципиальная схема объектива – объектив типа Петцваля с двумя менисковыми корректорами. Рисунок взят из патента №237921 (Австрия, 1965 г.).
Тип коррекции – планахромат;
Тубусное расстояние – 160 мм;
Парфокальное расстояние – 45 мм (стандарт DIN);
Кратность увеличения – 16×;
Числовая апертура – 0.32;
Рабочее расстояние – 2.8 мм;
Толщина покровного стекла – 0.17 мм (без покровного стекла или при толстом покровном стекле качество изображения снижается);
Коррекция хроматической разности увеличений – нет (требуется компенсация окулярами Carl Zeiss Jena PK, советскими K);
Тип крепления – стандарт RMS (резьба 4/5” x 1/36”);
Особенности – микроскопный объектив, не имеет ирисовой диафрагмы и фокусировочного механизма.
Конструкция объектива
Planachromat 16×0.32 имеет полностью металлический корпус с характерным для Восточного Цейсса дизайном. Рабочее расстояние объектива почти 3 мм, потому линзоблок не имеет пружины. А вот чехи даже в 10×0.25 объективе с еще большим рабочим расстоянием пружину сделали.
Сборка объектива выполнена с применением центрировки одной из оправ посредством отверстий в корпусе, потому объектив не нужно разбирать самому, если не готовы к последующей самостоятельной юстировке.
Planachromat 16×0.32 имеет довольно качественное чернение межлинзовых поверхностей, хотя пространство после задней линзы могло быть и более матовым. Важно, что на линзах объектива присутствует также просветляющее покрытие с голубым цветом блика. Вероятно, это однослойное просветление типа напыленного в вакууме фторида магния. Можно заметить, что напросвет объектив существенно желтит. Это же видно и по спектру светопропускания – и этот эффект не связан с примененным антибликовым покрытием. Также отметить следует и то, что коротковолновая граница пропускания находится при ~345 нм, что больше обычного для подобных объективов (~330 нм) и говорит о применении в оптической схеме высокопреломляющих стекол.
Спектр светопропускания Planachromat 16×0.32.
Таки да, «тяжелые стекла» в этом объективе есть. И не простые, а ториевые, прямо как в этом и этом немецких фотообъективах. Так, передняя линза Planachromat 16×0.32 выполнена из тяжелого ториевого крона – линии рентгеновской флуоресценции тория отчетливо регистрируются в её спектре. Этот материал, вероятно, близок по свойствам к стеклам типа СТК19 744.504.
Спектр XRF передней линзы объектива Planachromat 16×0.32.
Задняя линза объектива изготовлена из обычного свинцового тяжелого флинта.
Спектр XRF задней линзы объектива Planachromat 16×0.32.
Наличие ториевых стекол в объективе хорошо объясняет его пониженное светопропускание в синей области. Объяснение этого эффекта дано здесь.
Можно заключить, что Planachromat 16×0.32 выполнен на довольно хорошем технологическом уровне. В его оптической схеме используются высокопреломляющие материалы, оптика имеет просветление, меры по светозащите можно считать удовлетворительными.
Качество изображения, сравнение и особенности использования для фотосъемки
Первый этап тестирования объектива Planachromat 16×0.32 был выполнен путем съемки объект-микрометра проходящего света в прямом фокусе на камеру Sony NEX-6 (APS-C, размер поля 30 мм). Для сравнения были выбраны объективы: 1) китайский планахромат 20×0.4 160/0.17 с коротким рабочим расстоянием и 2) советский старый апохромат Аббе Прогресс Апохр 20×0.65 (ОМ-21). Первый в целом идейно наиболее близок к испытуемому объективу Цейсс, а второй был просто из интереса. При тестировании освещение обеспечивалось конденсором ОИ-10 в режиме светлого поля и источником света Ulanzi L2.
Объективы PRC Plan 20×0.4, CZJ Planachromat 16×0.32, Прогресс ОМ-21 Апохр 20×0.65 и PRC Plan 20×0.4 с увеличенным рабочим расстоянием (не участвовал в тесте).
Ниже приведено тестовое фото на Planachromat 16×0.32 в прямом фокусе на камеру Sony NEX-6, а также кропы фотографий с испытуемых объективов.
Тестовый снимок на объектив Planachromat 16×0.32 в прямом фокусе.
Кропы тестовых фотографий, выполненных на испытуемые объективы.
Немецкий объектив демонстрирует хорошее качество изображения в центральной области поля благодаря не самому плохому исправлению сферохроматических аберраций, однако в целом уступает китайскому планахромату. Советский объектив имеет очень низкий общий контраст изображения, скорее всего из-за дефектов, связанных с частичной кристаллизацией клея в склейках с фторидом кальция, а также обладает сильной сферической аберрацией при очень низком уровне хроматизма.
Оба испытуемых планахромата – китайский и немецкий – оба имеют совершенно неприемлемое качество изображения по краю поля из-за сильного латерального хроматизма. Однако в случае объектива Planachromat 16×0.32 этот эффект выражен кратно больше. Советский апохромат 20×0.65 имеет помимо сильного латерального хроматизма еще и очень выраженную кривизну поля и астигматизм.
Очевидно, все эти объективы невозможно использовать плодотворно в прямом фокусе, требуется компенсация латерального хроматизма. При визуальных наблюдениях проблема решается использованием компенсационных окуляров – CZJ PK и советских К. Советские такие окуляры очень распространены и недороги. Есть также и специализированные решения, разработанные для совмещения старых микроскопов со старыми пленочными фотокамерами, например – фотонасадки МФН-10 и МФН-11. В их оптической схеме используются специальные фотоокуляры или отрицательные компенсаторы, называемые гомалями. Недостатком этих систем являются очень большие габариты и очень маленький размер используемого линейного поля. С компенсационными окулярами типа К7x, например, можно использовать поле 18 мм (~матрица 1”), а окуляры К5х имеют линейное поле порядка 20 мм.
Многие любители вместо насадок МФН просто фотографируют прямо через окуляр, обычно на смартфон. Но можно также сделать и адаптер, позволяющий снимать на системную фотокамеру. Для этого нужен будет еще и объектив, соответствующий по углу обзора окуляру. В моем случае для создания компенсационной системы для фотосъемки на Sony NEX-6 были выбраны окуляр МЛ-2 5x (компенсационный, с просветлением) и объектив WitrueHD 75/2.8 C-mount. Сборка была выполнена на штативе микроскопа М10.
При использовании такой системы заметно возрастает линейное увеличение в ущерб видимому линейному полю предмета. Компенсационная система довольно чувствительна к взаимной центрировке окуляра и объектива в револьвере микроскопа. У меня в системе, вероятно, присутствует небольшой наклон и сдвиг окуляра относительно объектива из-за неточности центрировки револьвера микроскопа М10.
Ниже приведены тестовые фотографии на Planachromat 16×0.32 посредством компенсационной системы, а также кропы фотографий с этого и других испытуемых объективов.
Используемый окуляр очень хорошо подошел для компенсации латерального хроматизма объектива Planachromat 16×0.32, но в случае китайского Plan 20×0.4 и советского Апохр 20×0.65 отчетливо видно перекомпенсацию латерального хроматизма, то есть этот окуляр для них не подходит.
Наилучшее качество изображения (за исключением общего контраста) в центральной области кадра демонстрирует объектив Прогресс Апохр 20×0.65 ОМ-21. Китайский и немецкий объективы похожи по качеству на оси. В целом качество всех объективов посредственное, разрешающая способность и контурный контраст в пространстве изображений низкие.
На краю поля Planachromat 16×0.32 проявляет себя лучше остальных испытуемых за счет хорошего исправления латерального хроматизма, кривизны поля и астигматизма. Иначе говоря, при использовании самодельной «релейной системы» из компенсационного окуляра типа советских K5x, K7x можно добиться приемлемого качества изображения с данным объективом при потере 1/3 линейного поля.
Фотографии реальных объектов, разумеется, на объектив Planachromat 16×0.32 я выполнил при помощи самодельной «релейной системы», поскольку в прямом фокусе объектив безнадежен. Ниже приведены примеры фотографий, сделанные без использования стекинга.
На фото: 1) Окрашенный срез спинного мозга, 2) Шлиф осадочной породы; 3) Окрашенный срез спинного мозга; 4) Дигидрат оксалатокупрата калия; 5) Пентафторопероксотитанат аммония; 6) Магнийаммонийфосфат; 7-8) Оксид цинка (темное и светлое поле ОИ-10); 9-10) Кристаллы серы (темное и светлое поле ОИ-10); 11-12) Дигидрат хлорида бария (темное поле ОИ-10).
Дальше фотографии с применением стекинга.
На фото: 1) Шлиф осадочной породы, 2) Дигидрат оксалатокупрата калия, 3) Пентафторопероксотитанат аммония; 4-5) Оксид цинка (темное и светлое поле ОИ-10); 6-7) Кристаллы серы (темное и светлое поле ОИ-10); 8-10) Дигидрат хлорида бария (темное поле ОИ-10).
Выводы
Объектив Carl Zeiss Jena Planachromat 16/0.32 160/0.17 невозможно использовать для фотосъемки в прямом фокусе из-за неисправленного латерального хроматизма. Легко применить объектив для визуальных наблюдений с компенсационными окулярами. Также можно, как было показано, выполнять через окуляр и фотосъемку. В этих случаях объектив показывает себя уже относительно неплохо, но качество изображения все равно неудовлетворительное по меркам фотографической оптики. Даже с дешевым китайским ахроматом типа 20×0.4 в прямом фокусе можно добиться более резкой картинки, несмотря на хроматические аберрации по полю.
Еще обзоры объективов и других принадлежностей для микроскопов здесь.
