Óptica microscópica en una cámara. Revisión de la lente del microscopio Plan 4x0.1 160/0.17 (China, sin nombre)

Material en la lente especial para Radozhiva preparado rodion eshmakov.

Plan de lentes 4×0.1 160/0.17: moderno y ultraeconómico (~ 10 $) lente de bajo aumento (revisión) para los microscopios biológicos más simples del estándar RMS (Royal Microscopical Society), fabricada según el diseño clásico de principios del siglo XX (con un tubo "final" de 160 mm). Los objetivos de este tipo se pueden utilizar como objetivos macro de escala fija en cámaras digitales en los casos en que los objetivos fotográficos convencionales con accesorios adicionales no proporcionan la calidad de imagen requerida.

especificaciones:

Diseño óptico – no proporcionado por el fabricante; probablemente basado en "Triplet" de G. Taylor;
Tipo de corrección – plan-acromática;
Distancia del tubo – 160 mm;
Factor de ampliación – 4x;
Apertura numérica (NA) – 0.1;
Distancia focal (longitud del tubo ÷ aumento) – 40 mm;
Apertura relativa efectiva (1 ÷ 2 NA) – f/5;
Distancia parafocal – 45 mm;
Distancia de trabajo – 29 mm;
Espesor del cubreobjetos – 0.17 mm;
Se requiere inmersión: no;
Tipo de montaje: estándar RMS (rosca de 4/5” x 1/36”);
Características: lente microscópica, no tiene diafragma de iris ni mecanismo de enfoque.

Sobre la estructura de un microscopio clásico.

Se podría decir que la historia de la óptica moderna comenzó con la mejora de las lentes microscópicas: el trabajo Ernst Abbe, uno de los padres fundadores de la óptica como ciencia, inicialmente tenía como objetivo crear microscopios de alta calidad para la empresa. Carl Zeiss, así como los logros de un tecnólogo químico. Otto Schotta, que dio origen a la ciencia moderna de la fusión del vidrio y de los materiales ópticos.

Los microscopios con una distancia de tubo finita se han generalizado desde finales del siglo XIX y fueron reemplazados por sistemas con un tubo "infinito" en la segunda mitad del siglo XX sólo en aquellas áreas donde se requiere la modularidad del sistema óptico para su uso con varios accesorios: polarizadores, luminiscentes y otros. Hoy en día, estos microscopios, al ser muy sencillos de fabricar, se utilizan principalmente como microscopios educativos o infantiles, aunque a mediados del siglo XX también existían complejos microscopios de investigación construidos según el diseño con un tubo finito. Una lente de microscopio de este tipo forma una imagen de un objeto a una distancia finita sin la ayuda de ningún elemento óptico adicional (lente tubular, en microscopios con un tubo "infinito"). En el plano de la imagen se puede colocar una matriz de cámara (para disparar con enfoque directo) o un ocular (para observación visual). También existen dispositivos para fotografiar a través de un ocular, lo que tiene cierto sentido en algunos casos, pero este enfoque no se considera dentro del alcance de este artículo.

La distancia desde el plano de la imagen a la lente determina el aumento (cuanto mayor es la distancia, mayor es el aumento), pero para lograr un nivel de calidad aceptable, la desviación de esta distancia con respecto a la calculada no debe ser demasiado grande (±1 -2 cm para lentes de aumento <10x). ¿Porqué es eso? Basta con mirar más de cerca el diagrama esquemático del microscopio. No es difícil notar cierta similitud entre esta imagen y, digamos, una imagen con una típica lente de enfoque largo enfocada a una distancia finita: sólo el objeto y la imagen ya han intercambiado sus lugares.

Es un hecho bien conocido: las lentes fotográficas comunes se ajustan durante el cálculo de tal manera que su calidad es mejor cuando enfocan al infinito. Sin el uso de técnicas de diseño especiales, la calidad de la imagen inevitablemente disminuye cuando se enfoca a distancias cortas, es decir, el rendimiento de una lente fotográfica convencional se ve afectado por la escala de imagen a la que se utiliza. Lo mismo ocurre con la microóptica: se debe utilizar en la escala para la que se calculó, es decir, a la distancia del tubo calculada, la distancia desde el plano de la imagen hasta la rosca para fijar la lente al microscopio. La gran mayoría de lentes con tubo terminal se fabrican a una distancia de 160 o 190 mm.

La distancia parafocal de un objetivo de microscopio es la distancia desde la montura hasta el objeto. Este parámetro no es tan importante para el usuario como para el diseñador: después de todo, es la distancia parafocal la que determina la longitud que puede durar el diseño óptico de la lente. Las limitaciones en las dimensiones del diseño óptico tienen un impacto significativo en la calidad de imagen de las lentes de alto rendimiento, alto aumento y alta apertura numérica (NA). Los microscopios más simples tienen una distancia de lente parafocal de 45 mm, mientras que los sistemas más complejos de investigación tienen 65 o incluso 80 mm.

Lo que importa es la distancia de trabajo de la lente, es decir, la distancia desde la parte frontal del cuerpo hasta el objeto. Esto determina la facilidad de uso de la lente: si la distancia de trabajo es grande, entonces es más fácil iluminar el objeto y hay menos posibilidades de dañar la lente frontal de la lente. Las lentes instrumentales, metalográficas y algunas otras especializadas tienen las mayores distancias de trabajo, mientras que las biológicas suelen, por el contrario, tener distancias de trabajo cortas (con un aumento de más de 10x), ya que con su ayuda examinan solo objetos planos y, como por regla general, bajo un cubreobjetos, cuyo espesor también se incluye en el cálculo de la lente, ya que el cubreobjetos influye en la corrección de las aberraciones de campo. Sin embargo, para lentes de bajo aumento (hasta 10x) esto no suele ser tan importante.

El tamaño de la imagen formada suele estar limitado por el diámetro del asiento ocular del microscopio. Para los sistemas de tubo final en cuestión, se trata de un ajuste suave de 23.2 mm, por lo que al disparar con enfoque directo a través de un microscopio, se puede observar viñeteado incluso con matrices de formato APS-C.
La óptica de los microscopios se clasifica según el tipo de corrección de las aberraciones cromáticas y la curvatura del campo. Hay acromáticos, semiapocromáticos (que utilizan materiales similares a la fluorita) y apocromáticos (corrección del cromatismo en una amplia gama de longitudes de onda), según el tipo de corrección del cromatismo, que a su vez puede realizarse con curvatura de campo corregida, es decir. , planear lentes.

Las lentes para microscopios, independientemente de la distancia del tubo, son sistemas de uno, dos o tres componentes. El primer componente, que puede faltar en las lentes de bajo aumento, es un potente sistema convergente, generalmente en forma de lente hemisférica, ya sea única o múltiple. Este componente no difiere en significado del acelerador de velocidad de los objetivos fotográficos. El segundo componente de la lente proporciona corrección de aberraciones, en algunos casos es el único. Muy a menudo este componente puede diseñarse como una lente. Petzval o Richter, pero también se utilizan esquemas de tipo “doble gaussiano” (“planar”). El tercer componente, normalmente presente en las lentes planas de aumento medio y alto, es un corrector de curvatura de campo y astigmatismo y, a menudo, tiene forma de menisco, como las lentes. Maksutová o lentes Tair.

Los diseños ópticos de las lentes de gran aumento recuerdan a las lentes ultrarrápidas como Carl Zeiss R-Biotar, Astro Berlin Tachon y otras, con increíbles valores de apertura de ~F/1.0 y un segmento trasero corto. Las lentes de aumento pequeño y mediano tienen un diseño más similar a la óptica de proyección de películas convencional, por ejemplo: una lente KO-90 90/1.9 (LOMO soviética 8×0.2, 9×0.2). Las lentes de aumento más bajo (hasta 4x) se pueden construir como lentes fotográficas estándar simples y típicas. Trillizo, tesoro etcétera

El problema clave al buscar lentes de microscopio para fotografía de enfoque directo es el principio de compensación mutua de la lente y el ocular, que se usaba ampliamente en los microscopios más antiguos con una distancia de tubo finita para simplificar el diseño tanto de los oculares como de los objetivos, especialmente con grandes aumentos. . Existe una lista muy pequeña de lentes antiguos adecuados para usar con una cámara con enfoque directo (es decir, sin sistemas ópticos de compensación, oculares especiales) y, por regla general, se trata de lentes con un aumento de hasta 10x. Entre ellos, por ejemplo, se encuentran las lentes LOMO Plan 3.5×0.1, Acromática 3.7×0.11, Acromática 8×0.2 (la lente de microscopio más común en general), Plan 9×0.2. La gran mayoría de lentes Apo, Plan-Apo, 20x y mayores están diseñados para usarse con un ocular de compensación y en el enfoque directo tienen un nivel muy alto de esferocromatismo, aberraciones de campo y cromatismo lateral. La falta de información sistemática sobre el diseño y los parámetros de las lentes de los microscopios hace que la búsqueda de alternativas modernas a las ópticas antiguas sea especialmente urgente; después de todo, las lentes nuevas ya no se consideran equivalentes a los sistemas de compensación antiguos. Sin embargo, con la óptica china no todo es tan sencillo: en el mismo cuerpo y bajo el mismo nombre pueden haber lentes con niveles de calidad completamente diferentes. De una forma u otra, el Plan 4x0.1 160/0.17 es una alternativa a los antiguos LOMO 3.7x0.11 y Plan 3.5x0.1 soviéticos, que se pueden comprar completamente nuevos, sin usar y, a menudo, más baratos.

Plan de diseño y adaptación de lentes 4×0.1 para cámaras fotográficas.

La lente está fabricada en un cuerpo de metal, que consta de una cubierta de aluminio extraíble, que actúa como un parasol y forma la apariencia de la lente, y, de hecho, un bloque de lente hecho de latón cromado. La desventaja del diseño es que la parte exterior del cuerpo no está ennegrecida y, como usted sabe, un parasol brillante es de poca utilidad. Afortunadamente, esto se puede solucionar fácilmente con un pincel y pintura negra. Otro problema es la falta de fijación de la funda de la lente al cuerpo. Al desenroscar la lente de un microscopio, a menudo se desenrosca primero la camisa y luego hay que agarrar la lente. Importante: la lente viene en dos versiones externas: con camisa de aluminio anodizado (presentada en este artículo) y con camisa de latón cromado. Ópticamente son la misma lente. También es importante: hay evidencia de la existencia de lentes Plan 4×0.1 160/0.17 que son similares en apariencia pero ópticamente diferentes (para peor).

Cada una de las superficies ópticas de la lente tiene un revestimiento antirreflectante de color púrpura. No todo el mundo es viejo lentes soviéticos tienen iluminación, y si la tienen, es extremadamente raro que la primera lente también la tenga. El ennegrecimiento del espacio dentro del bloque de lentes entre las lentes es bastante mediocre.

Según el análisis de fluorescencia de rayos X, la lente frontal de la lente está hecha de vidrio tipo pedernal de lantano (n ~ 1.75-1.8, v ~ 50-45): se detectan picos de lantano, gadolinio, itrio, niobio y zinc en el espectro. El circonio en los espectros es un artefacto instrumental.

El elemento de la lente trasera está hecho de vidrio de corona pesado (n ~ 1.59-1.64, v ~ 61 – 57), como lo demuestran los picos de bario, estroncio y zinc.

Es probable que si desarmo la lente, la lente del medio o el grupo de lentes contengan pedernal pesado, ya que debe haber al menos una lente de alta dispersión en el diseño.

Como puede ver, la lente barata 4x0.1 está fabricada con materiales bastante modernos, de los cuales, por ejemplo, no se disponía de pedernales de lantano en la URSS. En otras palabras, esta lente está fabricada con un nivel tecnológico más alto que sus homólogos soviéticos.

La apariencia del Plan 4×0.1 160/0.17 se muestra en la foto de abajo. El objetivo es de tamaño muy compacto, mucho más pequeño que cualquier objetivo fotográfico.

Para usar la lente con cámaras modernas, puede comprar un adaptador como RMS-M42 con un juego de macroanillos para conseguir la longitud requerida del tubo, o, lo que es más conveniente, convertir algún microscopio económico para fotografía. Así que obtuve un microscopio NPZ M10 de los años 1940-1950, que no había sido reclamado en el laboratorio, en el que reemplacé el ocular estándar con tubo retráctil por una unidad fija, lo que permite utilizar el microscopio para observaciones visuales a través de un amplio espectro. -Oculares de campo de microscopios estereoscópicos MBS (de 32 mm) y telescopios (de 1.25”) y para fotografía de enfoque directo. Del mismo modo, rehice el Biolam S11 soviético para utilizarlo en un taller de formación.

Cuando se utiliza un microscopio reconvertido, es conveniente tener un mecanismo de enfoque, una platina y un iluminador de luz transmitida. Por cierto, la luz para la microfotografía es casi lo más importante. solía Potente iluminador LED de dos puntos como este para proporcionar iluminación en luz reflejada, transmitida o simultáneamente reflejada y transmitida.

Propiedades ópticas

La lente Plan 4×0.1 demuestra una buena calidad de imagen: las aberraciones esféricas están bien corregidas en la región central (aunque debido a la compensación mutua) y la resolución está limitada únicamente por la cromaticidad; en todo el campo, incluso más allá de la curvatura calculada y el astigmatismo son pequeños, bien corregidos y laterales aberración cromática. Es muy difícil criticar la calidad de una lente que cuesta 10 dólares cuando las alternativas, aunque no siempre sean de mejor calidad, son más caras.

El objetivo funciona bien incluso con una longitud de tubo de hasta 200 mm; en este caso, el aumento aumenta, al igual que la montura cubierta.

El contraste de la imagen formada depende en gran medida de la calidad del ennegrecimiento del tubo. El ennegrecimiento del parasol también influye, por supuesto. Después de las modificaciones necesarias, el Plan 4×0.1 demuestra un nivel de contraste bastante bueno y prácticamente no se oscurece con la luz transmitida.

La transmisión de luz de la lente tampoco plantea dudas: el revestimiento antirreflectante (aparentemente de una o dos capas) refleja sólo ligeramente las regiones roja y violeta del espectro, proporcionando la máxima transmisión en la región verde. El límite de transmisión de longitud de onda corta de la lente es de 350 nm.

Los siguientes son ejemplos de fotografías tomadas en Plan 4×0.1 160/0.17 utilizando un microscopio M10 y una cámara Sony A7s con una longitud de tubo de 160 a 200 mm. Utilicé la lente para fotografiar cristales de compuestos obtenidos en un taller de formación por estudiantes de 1er año de la Facultad de Química y otros. Para los interesados, indicación de las sustancias: 1) molibdocromato(III) de amonio, 2) molibdato de cobalto (II) piezocrómico, 3) complejo cubano luminiscente Cu4I4(C5H5N)4, 4) solvato de acetilacetonato de hierro (III) con cloroformo en una ampolla, 5) y 6) trisoxalatocromato de potasio trihidrato, 7) crecimiento intercalado de cristales de acetilacetonato de manganeso (III), 8) y 9) acetalacetonato de vanadilo, 10) sulfuro-disulfuro de circonio .

Por supuesto, la profundidad de campo incluso con un objetivo de este tipo es bastante pequeña y, en algunos casos, el apilamiento se convierte en una buena solución. A continuación se muestran ejemplos de fotografías realizadas mediante apilamiento en Photoshop. Indicación de compuestos: 1) molibdocromato(III) de amonio, 2) acetilacetonato de cromo(III), 3) sulfato de cromo(II)-hidrazinio, 4) cloruro de complejo de cobalto(II) con tiourea, 5) tetrarodancobaltato de potasio, 6) y 7) bisoxalatocuprato de potasio dihidrato, 8) trisoxalatoferrato(III) de potasio trihidrato, 9) hexarodanonicquelato de potasio hidrato, 10) y 11) acetilacetonato de manganeso(III), 12) sal de Reinecke, 13) sulfuro-disulfuro de circonio, 14) tiocianato derivado de cluster acetato de cromo (II) con tetraetilamonio, 15) hexarodanocromato de potasio.

Todas las revisiones de lentes de microscopio estándar RMS con una distancia entre tubos de 160 mm:

Ópticas modernas de fabricantes chinos:

• Revisión de la lente de bajo aumento 2/0.05 160/- (sin nombre, China). Problemas de construcción de lentes de bajo aumento para microscopios.
• 4x0.1 160/0.17 acromático (China, sin nombre)
• Óptica microscópica en una cámara. Revisión de la lente del microscopio Plan 4x0.1 160/0.17 (China, sin nombre)
• 10x0.25 160/0.17 acromático (China, sin nombre) - modificación y prueba
• Revisión de la lente del microscopio Planachrom Plan 20x0.4 160/0.17 (sin nombre, China)

Reseñas de lentes soviéticas para microscopios:

• LOMO Epi 9x0.2 (adaptado)
• LOMO 10x0.4 L (OM-33L) - modificación y prueba
• Revisión de la lente de microscopio acromático LOMO 21×0.4 190-P (OM-8P)

 

Hallazgos

Plano acromático chino muy, muy económico 4×0.1 160/0.17 Resultó ser una excelente solución económica para obtener micrografías de bajo aumento. El objetivo afronta la tarea mucho mejor que los objetivos fotográficos convencionales con macro anillos. Otra gran ventaja es que puedes adquirir este objetivo completamente nuevo. En el lado negativo, hay información sobre la existencia de "gemelos malvados" de baja calidad de esta lente, fabricados según un diseño diferente: es importante centrarse en la posición de las lentes en el cuerpo (a lo largo de la óptica diseño) al comprar.

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