Обзор, анализ и большой сравнительный тест микроскопных объективов ЛОМО План 9x0.20 и 10x0.20 (ОМ-2)

Материал по объективу специально для Радоживы подготовил Родион Эшмаков.

Объективы ЛОМО План 9×0.2 и План 10×0.2 – это, вопреки различающейся маркировке, один и тот же объектив с названием ОМ-2, которым в разных вариантах исполнения комплектовались советские биологические и поляризационные микроскопы с конечным тубусным расстоянием 160 мм и креплением типа RMS. В этом обзоре представлены поздние версии объектива ОМ-2 из штатного комплекта микроскопов Биолам (План 9×0.2) и Микмед-1 (План 10×0.2), а также выполнено сравнение с еще шестью похожими по параметрам объективами: ЛОМО 10×0.4 Л (ОМ-33Л), ЛОМО 10×0.22 План Л (ОПХ-10Л), китайским 10×0.25(0.2) ахроматом, ЛОМО Эпи 9×0.2 (ОЭ-9), Carl Zeiss Jena 10×0.3 и Прогресс 8×0.2 (М42).

Технические характеристики

Оптическая схема – 5 линз в 3 группах;

Тип коррекции – планахромат;
Тубусное расстояние – 160 мм;
Парфокальное расстояние – 33 мм;
Кратность увеличения (фактическая) – 9.8x;
Числовая апертура – 0.2;
Фокусное расстояние – 15.5 мм;
Рабочее расстояние – 13.6 мм;
Толщина покровного стекла – 0-0.17 мм;
Хроматическая разность увеличения (дисторсии) – 2% (400-700 нм);
Требуется иммерсия – нет;
Тип крепления – стандарт RMS (резьба 4/5” x 1/36”);
Особенности – микроскопный объектив, не имеет ирисовой диафрагмы и фокусировочного механизма.

Конструкция объектива

Объектив ЛОМО План 9×0.2 из комплекта дорожного микроскопа Биолам для обзора предоставил Андрей Куликов. Вариант План 10×0.2 достался без заводских аксессуаров.

Объективы имеют идентичные конструкцию и исполнение корпуса и различаются только маркировкой. Материал корпуса – хромированная латунь, в объективах нет ни единой пластиковой детали. Маркировка нанесена на съемную декоративную внешнюю часть корпуса объектива методом гравировки. В отличие от распространенного ахромата 8×0.2, который можно встретить на великом множестве советских микроскопов, ЛОМО План 9×0.2 имеет уже более сложную конструкцию с центрируемым через отверстия в корпусе передним компонентом. Это означает, что при ослаблении кольца, фиксирующего линзы в корпусе, происходит разъюстировка объектива, что необходимо знать, если возникло желание его разбирать.

Линзы обоих объективов не имеют никакого просветляющего покрытия. Внутренние поверхности в межлинзовом пространстве заметно блестят и не имеют рифления. Из-за отсутствия просветления спектр пропускания выглядит ровным в диапазоне 500-1000 нм, но в области до 500 нм наблюдается поглощение материалом оптики. Коротковолновая граница светопропускания соответствует ~330 нм.

По нынешним меркам отсутствие просветления и какой-либо светозащиты выглядит крайне скверно. Если качественное чернение и рифление на межлинзовых вставках – это явление в целом для микроскопной оптики редкое в бюджетном сегменте, то просветление сегодня имеют даже самые дешевые объективы.
Примененные в расчёте оптические материалы относятся к отечественному каталогу времен 1940-х годов. Так, передняя и задняя линзы объектива являются обычными свинецсодержащими стеклами. Стекол с особыми свойствами (высокопреломляющих, низкодисперсных) в объективе нет.

ЛОМО План 9×0.2 (10×0.2) имеет весьма большое рабочее расстояние – 13.6 мм, что делает его очень удобным в работе с боковым освещением. Парфокальное расстояние объектива отличается от современного стандарта 45 мм и равно 33 мм: при использовании с другими, более новыми объективами (и некоторыми старыми) придется выполнять перефокусировку.

Объектив План 9×0.2 (10×0.2) должен был стать продвинутой заменой дешевого ахромата 8×0.2. Но по факту конструкция стала сложнее, стоимость планахромата явно больше, а качество исполнения если и блещет, то только глянцевыми межлинзовыми вставками и серыми бликами от непросветленной оптики.

Качество изображения. Большое сравнение

Изображение, формируемое ЛОМО План 9×0.2 и План 10×0.2 не различается ни в чем, в том числе в реальном значении увеличения.

В центральной области качество изображения находится на одном уровне с другими похожими объективами по типу ахромата 8×0.2. Можно заметить выраженные сферохроматические аберрации. Поле изображения в пределах кадра APS-C действительно плоское с хорошим исправлением астигматизма, но при этом заметен существенный латеральный хроматизм. Впрочем, он менее выражен, чем для ЛОМО 10×0.4 Л.

Ключевой проблемой объектива является неудовлетворительный контраст изображения, что связано не только с некачественным чернением внутренних поверхностей, но и отсутствием просветляющего покрытия линз. Из всех известных мне 8-10x объективов планахромат ЛОМО – самый неконтрастный.

Было проведено сравнение качества изображения объективов ЛОМО План 10×0.2, ЛОМО 10×0.4 Л (ОМ-33Л) , ЛОМО 10×0.22 План Л (ОПХ-10Л, посредственное состояние оптики), китайского 10×0.25(0.2) ахромата, ЛОМО Эпи 9×0.2 (ОЭ-9), CZJ 10×0.3 и Прогресс 8×0.2 (М42) в проходящем свете с помощью камеры Sony NEX-3 (APS-C), установленной на модифицированный микроскоп МБИ-1.

В ходе тестирования на каждый объектив выполнялось 3 снимка: один с фокусировкой по центру, второй – для расположенного на краю поля APS-C объектом и с тем же фокусом, третий – с перефокусировкой по объекту на краю поля. Ниже приведены соответствующие фотографии на объектив ЛОМО План 10×0.2, а также кропы снимков с указанных выше объективов.

По результатам тестирования можно отметить, что наиболее сбалансированные характеристики, по-видимому, имеет объектив ЛОМО План 10×0.22 Л (ОПХ-10Л), который, несмотря на плохое состояние, демонстрирует хорошую детализацию и довольно ровное поле с удовлетворительной коррекцией астигматизма и без латеральной хроматики. Главные недостатки этого объектива – редкость и крайне высокая цена на вторичном рынке.

Следующим в списке лидеров можно обозначить китайский объектив 10×0.25, прошедший модификацию с чернением и диафрагмированием до числовой апертуры 0.2: среди испытанных он обладает наилучшим контрастом изображения, малым уровнем продольного хроматизма, почти плоским полем при отсутствующей латеральной хроматике. Из явных проблем – довольно высокий уровень астигматизма. Но тот факт, что этот объектив можно приобрести за скромные деньги в любом количестве, а доработка довольно проста, делает его очень привлекательным.

Объектив 10×0.3 160/- (предположительно производства Carl Zeiss Jena) выделяется наилучшей среди испытуемых детализацией изображения в центре кадра, но также имеет наибольшую кривизну поля, а также выраженный латеральный хроматизм. По уровню контраста изображения объектив несильно уступает доработанному китайскому. Похожие свойства имеет объектив ЛОМО 10×0.4 Л с диафрагмой D=8 мм (NA~0.25), но его общий контраст заметно ниже, как и степень коррекции астигматизма.

Объективы ЛОМО Эпи 9×0.2 и Прогресс 8×0.2 принципиально отличаются разве что светозащитой и увеличением: из-за наличия просветления и рифления внутренних поверхностей Эпи 9×0.2 намного контрастнее, чем 8×0.2. При этом Эпи 9×0.2 заметно уступает по качеству изображения в центре модифицированному китайскому ахромату, имеет большую кривизну поля, но меньший уровень астигматизма.

ЛОМО План 10×0.2 в этом сравнении из достоинств имеет разве что плоское поле и исправленный астигматизм, в остальном же объектив скорее аутсайдер.

Далее приведены примеры фотографий без использования стекинга, выполненные на ЛОМО План 10×0.2 и фотокамеру Sony NEX-3 (APS-C), установленную на модифицированный микроскоп МБИ-1.

Список объектов на фото: 1) октаэдры хлорида гексаамминникеля(II), 2) плоские иглы ацетилацетоната меди(II), 3) Сросток никелевого шенита, 4) Сросток игл ацеталацетоната железа(III), 5) Пластинки оксалатокупрата калия, 6) Глаз мертвого мотылька, 7) и 8) Чешуйки с крыла мотылька, 9)-11) Ромбическая сера, 12) Тиоцианатокобальтат калия, 13) Фрагмент монеты, 14) Кромка лезвия, 15) IPS дисплей смартфона.

Затем – снимки с использованием стекинга.

Список объектов на фото: 1) октаэдры хлорида гексаамминникеля(II), 2) плоские иглы ацетилацетоната меди(II), 3) Сросток никелевого шенита, 4) Сросток игл ацеталацетоната железа(III), 5) Пластинки оксалатокупрата калия, 6) Глаз мертвого мотылька, 7)-9) Ромбическая сера, 10) Тиоцианатокобальтат калия, 11) Фрагмент монеты, 12) Кромка лезвия.

Проблема расчета качественного 10x объектива

ЛОМО План 9×0.2, если не брать во внимание контраст изображения, не является и не считается худшим объективом в классе бюджетной микроскопной оптики. Тем не менее, анализ его оптических характеристик при помощи моделирования оптической схемы дает весьма удручающий результат.

Так, при использовании с современными фотокамерами объектив способен обеспечить разрешающую способность не более 33 лин/мм – и это в пределах кружка порядка 8 мм в диаметре. Объектив страдает чудовищным сферохроматизмом – полный размер пятна рассеяния даже на оси составляет примерно 400 микрон, что приводит к значению MTF для 10 лин/мм всего 0.6 – из числа фотообъективов было бы очень непросто найти экземпляр с настолько ужасной контурной резкостью! Кривизна поля в объективе недоисправлена, латеральный хроматизм находится на неприемлемом для современных камер уровне. Оптическое качество ЛОМО План 9×0.2 как объектива для фото – чудовищное. Впрочем, как и большинства микроскопных объективов, как показано в тесте выше. Что потребуется сделать для кардинального улучшения качества изображения объектива с увеличением 10x?

Во-первых, необходимо исправление сферохроматической аберрации. Для этого требуется увеличение числа оптических элементов (уменьшение влияния сферической аберрации) и применение современных стекол из ряда фторфосфатных и тяжелых фосфатных кронов (уменьшение хроматизма). Применение высокопреломляющих стекол позволяет эффективно контролировать кривизну поля и астигматизм.

Мною были рассчитаны на основе оптической схемы ЛОМО План 9×0.2 с использованием каталога CDGM новые объективы: семилинзовый 10×0.22 класса «Fluor-Plan» (планахромат с уменьшенным вторичным спектром) и девятилинзовый планапохромат 10×0.25. Качество последнего является дифракционным для центральной области изображения. Объективы рассчитаны для применения с матрицами формата вплоть до 36×24 и имеют исправленные хроматические аберрации для диапазона 400-700 нм, в том числе латеральные.

Как можно заметить, только объектив 10×0.25, апохромат для длин волн 400-700 нм, обладает действительно достаточным для использования с современными фотокамерами оптическим качеством.

К сожалению, разработка, изготовление и сборка оптики такого уровня – дорогостоящий процесс, к тому же микроскопия – крайне консервативная отрасль, а потому более-менее качественная оптика, хотя бы даже уровня ЛОМО План 10×0.22 (который даже не Fluor-Plan и имеет те же ~30-35 лин/мм разрешения) встречается очень редко, а большинство довольствуется дешевыми объективами, сделанными по оптическим схемам почти полуторавековой давности.

Все обзоры объективов микроскопов стандарта RMS с тубусным расстоянием 160 мм:

Современная оптика китайских производителей:

• Обзор объектива малого увеличения 2/0.05 160/- (no-name, Китай). Проблематика построения объективов малого увеличения для микроскопов
• 4x0.1 160/0.17 ахромат (Китай, no-name)
• Микроскопная оптика на фотокамере. Обзор микроскопного объектива Plan 4x0.1 160/0.17 (Китай, no-name)
• 10x0.25 160/0.17 ахромат (Китай, no-name) - модификация и тест
• Обзор и сравнительный тест микроскопного ахромата 20/0.40 160/0.17 (Китай, no-name)
• Обзор микроскопного объектива-планахромата Plan 20x0.4 160/0.17 (no-name, Китай)

Обзоры советских объективов для микроскопов:

• Обзор, анализ и большой сравнительный тест микроскопных объективов ЛОМО План 9x0.20 и 10x0.20 (ОМ-2)
• ЛОМО Эпи 9x0.2 (ОЭ-9, адаптированный)
• ЛОМО 10x0.4 Л (ОМ-33Л) - модификация и тест
• Обзор микроскопного объектива-ахромата ЛОМО 21×0.4 190-П (ОМ-8П)

Выводы

ЛОМО План 9×0.20 (10×0.20) – ультрабюджетное решение из числа старой советской оптики. Объектив имеет удобное рабочее расстояние, плоское поле и, вероятно, хорош при использовании в качестве визуального, но из-за латерального хроматизма и очень низкого контраста для нужд фотографии подходит плохо. С учетом доступности более удачных советских и китайских объективов искать этот планахромат специально смысла нет, но если он достался волей случая – попробовать стоит, если нет ничего лучшего.