Материал по объективу специально для Радоживы подготовил Родион Эшмаков.
ЛОМО ОМ-23 40×/0.75 ВИ и 40×/0.65 МШ.
В этой статье представлен объектив ЛОМО ОМ-23 стандарта RMS для старых микроскопов с конечным тубусным расстоянием с параметрами 40×/0.75, да не простой, а водной иммерсии. Этим объективом комплектовались советские рабочие и исследовательские микроскопы типа МБИ-3 и Биолам.
Необходимость применения водной иммерсии означает, что между передней линзой объектива и предметом должна быть вода, а не воздух, как в «сухих» объективах. При расчёте объектива использование иммерсии позволяет добиться более высокой числовой апертуры и лучшего качества изображения без существенного усложнения оптической схемы. Чаще встречаются объективы с масляной иммерсией, где преломляющей средой между линзой и предметом служит синтетическое или природное масло (обычно с показателем преломления n ~1.515 или ~1.523), но многие их считают не очень удобными: масло бывает неудобно удалять с препарата и линзы объектива. В качестве доступной альтернативы используются вода и глицерин.
Вода как иммерсионная среда кажется, на первый взгляд, очень удобной: повсеместно доступная, легко высыхает, легко оттирается. Но из-за того, что ее показатель преломления n=1.33 очень далек от преломления всех используемых для изготовления линз материалов (n=1.39 – фторид лития, n=1.47 – CDGM H-QK1, n=1.44 – ГОСТ ЛК1), то самые апертуристые, самые качественные объективы водной иммерсии оказываются очень чувствительными к наличию/отсутствию покровного стекла препарата, и даже к его толщине. Это приводит к значительным трудностям при разработке объективов водной иммерсии.
В том случае, если общий уровень качества изображения, а также параметры объектива, делают его нечувствительным к наличию покровного стекла, он может быть использован в качестве погружного. Погружные объективы можно использовать за наблюдением, например, живых организмов в естественной среде обитания. В этом сценарии в среду, основным компонентом которой является вода, помещается передняя часть объектива, а не только передняя линза. Конечно, такие объективы должны быть целиком влагозащищенными, а ЛОМО ОМ-23 ВИ 40×/0.75 защиты от попадания воды при погружении не имеет (что можно исправить при помощи силиконового герметика).
Технические характеристики
Источник – справочник «Вычислительная оптика» под ред. М.М. Русинова, Л., 1984 г., с. 336.
Оптическая схема – 7 линз в 4 группах;
Изображение оптической схемы объектива ОМ-23. Рисунок выполнен по найденным публикациям в Сети бывшего инженера ЛОМО Д. Фролова.
Тип коррекции – ахромат;
Тубусное расстояние – 160 мм;
Парфокальное расстояние – 32.7 мм (стандарт RMS);
Кратность увеличения – 40×;
Числовая апертура – 0.75;
Толщина покровного стекла – 0.17 мм (может использоваться и без покровного стекла, см. далее);
Рабочее расстояние – 1.8 мм;
Хроматическая разность увеличения – не исправлена, ~1%, (для работы требуются компенсационные окуляры К);
Требуется иммерсия – да (вода);
Тип крепления – стандарт RMS (резьба 4/5” × 1/36”);
Особенности – микроскопные объективы, не имеют ирисовой диафрагмы и фокусировочного механизма.
Механическая конструкция
ЛОМО ОМ-23 ВИ 40×/0.75 выполнен в корпусе из хромированной латуни. Объектив не имеет пружины, защищающей переднюю линзу объектива и препарат от столкновения друг с другом. Впрочем, рабочее расстояние у ЛОМО ОМ-23 очень немаленькое по меркам объективов 40× – целых 1.8 мм против обычных ~0.5 мм, так что это немного упрощает работу.
Объектив собран с применением центрировки среднего компонента через отверстия в корпусе – это означает, что если даже просто было ослаблено стопорное кольцо, фиксирующее линзы в объективе, то придется выполнить центрировку второго компонента вручную. К сожалению, ЛОМО ВИ 40×/0.75 не имеет никакой влагозащиты, кроме как для передней линзы, а потому нужно после работы всегда аккуратно стирать с него воду и не допускать его погружения дальше конуса передней линзы. Впрочем, никто не запрещает пользователю залить все под рубашкой объектива силиконовым герметиком и попробовать ОМ-23 в качестве погружного – даже если что-то пойдет не так, то найти второй такой объектив будет нетрудно и недорого.
В отличие от сухого объектива ЛОМО ОХ-1 40×/0.65 («40× с пружиной от Биолама»), этот ВИ 40×/0.75 не имеет просветления оптики. Качество чернения также никудышное: пространство после задней линзы заметно бликует.
Полных сведений об оптической конструкции объектива в Сети и литературе не представлено, хотя есть данные о конструкции двух последних склеек («Проектирование и контроль оптики микроскопов» – Т.А. Иванова, В.К. Кирилловский, Л.: Машиностроение, 1984, с. 16) и скриншоты камерой телефона монитора компьютера с окном программы OPAL с рисунком оптической схемы и не очень репрезентативными графиками аберраций объектива с покровным стеклом и без от Д. Фролова.
Также я выполнил анализ состава передней линзы объектива методом рентгеновской флуоресценции. По всей видимости, передний компонент представляет собой склейку обычного крона с тяжелым кроном с относительно высокой дисперсией. Из-за малой толщины разделить сигналы довольно проблематично.
Спектр XRF передней линзы объектива ЛОМО ОМ-23 ВИ 40×/0.75.
Ясно то, что в объективе никаких специальных материалов не используется, оптическая схема каких-то особенных нюансов, влияющих на качество системы, не имеет (как было в ОХ-1 с его тройной склейкой с поверхностью Мерте).
Таким образом, объектив ЛОМО ОМ-23 хоть и являлся частью комплекта не самых простых советских микроскопов, но фактически уступал по технологическому уровню и качеству исполнения даже обычному сухому ЛОМО ОХ-1 40×/0.65.
Качество изображения
Сначала качество изображения объектива было оценено при прямой проекции на матрицу камеры Sony NEX-6. При этом использовали конденсор ОИ-10, источник света Ulanzi L2 и объект-микрометр с покровным стеклом. Полученные фотографии и кропы приведены далее.
Как можно заметить, объектив непригоден для съемки в прямом фокусе из-за выраженного латерального хроматизма. Качество изображения в центральной области при этом немного лучше, чем у объектива ОХ-1 40×/0.65.
Для более корректного испытания была проведена тестовая съемка через самодельную «релейную систему», состоящую из компенсационного окуляра К5× МЛ-2 и объектива WitrueHD 75/2.8 (немного подробнее – здесь). Для тестов был взят конденсор CZJ Apl 1.4, объект-микрометр использовали как с покровным стеклом, так и без него.
Как можно заметить, большой разницы при использовании объектива с покровным стеклом и без него нет. Результат оказывается несколько лучше, чем при съемке на объектив ЛОМО ОХ-1, в центральной области. При этом по полю ЛОМО ОМ-23 уступает объективу ОХ-1 по степени исправления астигматизма. Кроме того, латеральный хроматизм у объектива ОМ-23 выправляется окуляром неидеально (переисправление), и какой-то альтернативный окуляр в принципе подобрать едва ли можно.
Если же провести сравнение с китайским объективом Plan 40/0.65 160/0.17 за 40$ из этой линейки оптики, например, по препарату крови, то получается, что и при съемке через релейную систему, и в прямом фокусе качество изображения даже в центре оказывается лучше у китайского объектива – несмотря на меньшую апертуру и отсутствие иммерсии. Про поле и говорить нечего.
По сравнению с китайским планахроматом объектив ЛОМО ВИ 40×/0.75 дает изображение с меньшим уровнем детализации в центре поля, существенно более низким общим контрастом, чудовищным качеством изображения по краю поля.
Основные проблемы объектива ОМ-23 – это очень высокий уровень сферохроматических аберраций (частично решается диафрагмированием) и астигматизма. Особенно ярко выраженными недостатки объектива оказываются при освещению по методу темного поля, а также при съемке окрашенных в синий цвет предметов.
Примеры фотографий, видео
Для получения изображений на объектив ЛОМО ВИ 40×/0.75 был использован модифицированный микроскоп М-10 с установленной на него камерой Sony NEX-6 посредством самодельной «релейной системы» из компенсационного окуляра К5× МЛ-2 и объектива WitrueHD 75/2.8 (немного подробнее – здесь). В качестве компонентов системы освещения для этого объектива рекомендуется использовать конденсоры светлого поля типа КОН-3 или ОИ-14, из темнопольных конденсоров подойдет ОИ-13 с масляной иммерсией, но не ОИ-10 – из-за недостаточной числовой апертуры последнего. Как источник света удобно использовать осветитель Ulanzi L2.
Ниже приведено видео живого объекта (коловратки в капле воды), снятое на объектив ЛОМО ОМ-23 ВИ 40×/0.75.
Альтернативная ссылка на видео.
Далее – снимки без использования стекинга. На фото: 1-5) Кристаллическая пленка серы, 6) Коловратка, 7-8) Окрашенный препарат крови человека; 9) Окрашенный препарат сперматозоидов человека; 10) Окрашенный препарат сердечной мышцы; 11-12) Коловратка (темное поле ОИ-13).
Ниже фотографии, полученные с использованием стекинга. На фото: 1-4) Кристаллическая пленка серы, 5-6) Окрашенный препарат крови человека; 7) Окрашенный препарат сперматозоидов человека; 8) Окрашенный препарат сердечной мышцы; 9-12) Образец нанокристаллического диоксида олова в светлом и темном поле; 13-16) Образец нанокристаллического диоксида олова с морфологией аэрогеля в светлом и темном поле.
Выводы
Старый советский ЛОМО ОМ-23 ВИ 40×/0.75 хоть и отличается от «сухого» объектива ЛОМО ОХ-1 40×/0.65 увеличенной апертурой, на практике ни перед ним, ни перед современным китайским сухим планахроматом 40×/0.65 не имеет весомых преимуществ. При этом объектив ОМ-23 не имеет пружины (есть у ОХ-1) и обладает очень посредственной коррекцией искажений по полю, не работает без компенсационных окуляров (в отличие от объектива из КНР). Объектив ВИ 40×/0.75 при наличии имеет смысл использовать разве что как альтернативу более старому советскому сухому МШ 40×/0.65 – в этом случае прирост качества изображения будет более очевиден.
Спасибо за обзор!
Хотел бы заметить, что советские объективы ВИ создавались в расчёте возможности изучения объектов не прижатых к покровному стеклу, а “в глубине” препарата, и для этого было пожертвовано другими характеристиками.
Видимо, как раз для этого у него настолько большое рабочее расстояние. Думаю, если объектив загерметизировать, вполне можно как погружной использовать.
Спасибо большое за столь подробный разбор. Не знаю, лично для меня этот знаменитый “водник” один из самых любимых объективов наряду с более продвинутым АПО-МИ 60х1,0-0.7. Да, он не идеален, не фонтан по сравнению с современными изделиями, но при удаче с препаратом, правильными стёклами и должном освещении (LED или как минимум ОИ-35), этот объектив показывает так, что сложно оторваться. Без преувеличения, меня затягивает как тот фазово-контрастный 40х0,65 Ф (разумеется, совместно с КФ-4). Особенно здорово работает с диафрагмами косого освещения при вставке в ОИ-14. Причём как при визуальном наблюдении глазом (в особенности), так и на экране монитора с помощью хорошей камеры. В целом работа с 40х0,75 ВИ лично мне частично напоминает работу с сильными апохроматами – поле в фокусе вроде бы и маленькое, зато в центральной части очень контрастное и весьма детальное изображение.
Мне кажется этот “водник” так и задумывался – для рассмотрения небольшого участка препарата, одного или нескольких микроорганизмов и т.д. Был бы ПЛАНом – был бы ещё лучше. Я всегда думал, что самым оптимальным “упрощённым” средне-сильным “сухим” или иммерсионным объективом мог бы быть какой-нибудь условный 50х0.85/0.90 (ВИ) – и резкость хорошая была бы и высокое увеличение без заметного размытия и потери контраста (как в том 60х0.85 П), плюс обладал бы хорошей светосилой … наверное) Не силён в оптике, просто предположение.
Из импортных объективов могу сравнить разве что с “сухим” Olympus Achro D 40х0.65. Понятное дело, что сравнение некорректное, но что имеем под рукой, как говорится. Но даже в сравнении со штатным объективом 40х0,65 Бимама/Микмед-2, этот Олимпус мне не понравился.
P.S. Скажите, пожалуйста, как вы получили тёмное поле с 40х0.75 ВИ? Пробовал, но ничего не вышло ни с ОИ-13, ни с диафрагмами с КФ-4 (0), ни с ОИ-14. Можете подробнее рассказать как настраивали?
Спасибо за отзыв. Насчёт того, что 50/0.85-0.95 с иммерсией был бы оптимальным решением – это очень справедливое замечание. Об этом я писал развернутый комментарий в обзоре Plan 100/1.25 160/0.17 Oil, можете посмотреть мои соображения расчет 100х объективов.
Темное поле на ВИ 40/0.75 получил с ОИ-13 и Ulanzi L2. Естественно, с иммерсией.
О, благодарю что так быстро ответили. Право сегодня такая оперативность мне встречалась разве что на маркетплейсах) Будем пробовать дальше экспериментировать. По крайней мере я увидел, что он работает с тёмным полем, а это уже много.
Да, почитал вашу статью потом позже – очень интересная и действительно заставляет задуматься. И кстати в ней же и встретил ещё одно чудо от ЛОМО – МИ 50х1.0 Д=0 – оказывается было нечто такое, о чём я предполагал)) Это при том что я, как и сказал, дилетант в оптике. Жаль что он для беспокровных препаратов, не знаю для чего бы он мне пригодился для моих нужд, даже если и найду/приобрету. Да и в принципе, по сути это нечто типа того же АПО МИ 60х1.0-0.7 – тоже “масло”, только стандарта DIN 45мм и не АПО – для Бимам/Микмед-2.
Я так смотрю, для Бимам/Микмед-2 “водников” получается не разрабатывали, только “масленники”)? Или были ещё какие-то? Не подскажите где можно посмотреть полный перечень объективов DIN 45мм ЛОМО на тубус 160, может есть такой ресурс?
ЛОМО ми 50/1.0 160/0 участвовал в моих тестах, пока самостоятельного обзора нет. Объектив реально интересный, мне понравился. Проблема в том, что он под окуляры К10х/18 создан, то есть требует компенсацию. Объектив работает и с покровным стеклом 0.17 тоже без проблем – проверял. Для ТП там есть диафрагма.
У китайцев есть за ~150$ объектив план 50/0.95 ми под бесконечный тубус. Тоже советую. Он без компенсации работает.
На Бимам/Микмед-2 я советую купить окуляры 10х/22 с трубкой 23 мм и комплект планахроматов из моих обзоров – на АлиЭкспресс. Не стоит много тратить времени и денег на ЛОМО. Хороших объективов там немного. Из ЛОМО могу порекомендовать объективы СХ 40/0.65 ФЛ и СХ 10/0.25 Ф – для фазового контраста. Совместимы с КФ1, 4 и 4М. Обычные светлопольные лучше Китай. Посмотрите линейку Plan 10/0.25 WD8.7, 20/0.4 WD8.8, Plan 40/0.65 – под 160/0.17. В обзорах есть и ссылки на Али.
Спасибо большое за наводку, изучу варианты. Это хорошо что эта 50-ка ЛОМО работает и с покровным стеклом. А окуляры 10х/18 у меня имеются, у Бимам. Пробовал их и с Микмед-1/Биолам – тоже здорово работают.
150 долл., дороговато для меня. Хм, примерно за столько же, даже чуть дороже, мне предлагали приобрести Олимпус D Achro 60х0.85 0.17/160, но увидя то как показывает приобретённый мной раннее D Achro 40х/0.65 0.17/160 – передумал его брать. Что касается объективов на “бесконечность”, то мне они пока ни к чему, т.к. нет микроскопа под них.