Revisión de la lente de bajo aumento 2/0.05 160/- (sin nombre, China). Problemas de construcción de lentes de bajo aumento para microscopios.

Material en la lente especial para Radozhiva preparado rodion eshmakov.

Las lentes para microscopios con aumentos inferiores a 4x son raras. Como regla general, estas ópticas no están incluidas en el paquete estándar de microscopios y se pueden comprar por separado. Al mismo tiempo, hay una gran cantidad de lentes macro y accesorios para cámaras que le permiten lograr la misma escala de imagen, lo que plantea una serie de preguntas: ¿cuál es la diferencia entre una lente fotográfica 2x y una lente microscópica 2x, cómo y qué lentes fotográficos no especializados se pueden usar para obtener una imagen a escala 2:1, y también por qué es tan difícil fabricar una lente 2x de alta calidad para un microscopio.

Este artículo presenta un producto ultra asequible ($10-$15) lente 2x En el caso de los microscopios del estándar RMS con una longitud de tubo de 160 mm, se analizó el diseño óptico de las microlentes y se comparó la calidad de la imagen con la óptica fotográfica convencional. Se proporciona información básica sobre el uso de ópticas microscópicas en cámaras. aquí.

características técnicas

Diseño óptico: 4 lentes en 3 grupos, teleobjetivo Berthele;

Tipo de corrección – acromática;
Distancia del tubo – 160 mm;
Factor de ampliación – 2x;
Apertura numérica – 0.05;
Distancia focal – ~40 mm;
Apertura relativa – ~F/8;
Distancia de trabajo – 35 mm;
El espesor del cubreobjetos es de 0 mm, el uso de vidrio es opcional;
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.

diseño

El cuerpo de la lente 2/0.05 está fabricado íntegramente en aluminio. La lente no tiene piezas externas extraíbles: el diseño es monolítico. La lente tiene un diseño voluminoso sin el uso de un conjunto de autocolimación: las lentes se colocan en el cuerpo sin colocación previa en monturas especiales. El desmontaje se realiza desenroscando el anillo estriado trasero. La lente frontal está profundamente empotrada en el cuerpo, lo que crea una especie de capota, pero esta hendidura no presenta ningún ennegrecimiento. El ennegrecimiento también está presente en los extremos de las lentes; no hay enredos en los anillos entre lentes. Para que la lente forme una imagen de contraste, estas deficiencias deben eliminarse al desmontar la lente.

Importante: La lente central de la lente tiene una forma biconvexa y ambas superficies son extremadamente similares entre sí y, por lo tanto, es muy fácil que la lente se monte incorrectamente. tan fácil que Puede que venga nuevo de la tienda, pero ya montado incorrectamente.: guíese por los ejemplos de fotografías aquí presentados: la imagen enfocada no debe tener un efecto suave pronunciado ("resplandor" de los contornos), así como por la apariencia de los puntos de desenfoque de la lente: los puntos prefocales y posfocales deben ser similares apariencia, sin bordes pronunciados.

La óptica de la lente 2/0.05 está recubierta con tintes violetas, probablemente de una sola capa. El límite de transmisión de luz de longitud de onda corta está en ~365 nm. El recubrimiento no introduce una distorsión del color perceptible a la vista.

El diseño óptico de la lente es similar al teleobjetivo Ludwig Berthele (patente estadounidense 2762262 1954). Según el análisis XRF (Bruker M1 Mistral), tanto los elementos de la lente delantera como la trasera están hechos de cristal de corona pesado. La lente negativa del encolado es pedernal de niobio (sin plomo). La elección de este tipo de materiales ópticos coincide en general con el diseño óptico presentado en la patente de Bertele. No se puede decir que este cálculo óptico haya avanzado hacia marcas de vidrio más modernas e interesantes en cuanto a parámetros se refiere.

 

La lente tiene unas dimensiones muy pequeñas y una gran distancia de trabajo de 35 mm. Es importante que sea totalmente compatible con microscopios convencionales con óptica parafocal de 45 mm, ya que la lente original de Bertele no entra en esta limitación en absoluto.

Las siguientes son fotografías de la apariencia de la lente 2/0.05.

Como puede ver, la lente en sí es de tamaño muy pequeño, parece simple y económica.

Calidad de imagen

La imagen que forma la lente en la zona central del encuadre es bastante nítida, pero aún se aprecian aberraciones esferocromáticas muy notorias. El campo de la lente es casi plano, pero el nivel de astigmatismo es alto, por lo que incluso al reenfocar no se puede obtener la nitidez ideal en el borde del campo. Comparado con la lente Plano 4×0.1 la imagen con 2x0.05 parece más suave.

La lente le permite tomar fotografías de objetos que son bastante grandes según los estándares de microscopía. Algunos objetos encajan bien en todo su campo: un mecanismo de reloj, por ejemplo, o pequeñas joyas. La desventaja es que la mayoría de los condensadores de luz transmitida de los microscopios tienen un campo mucho más pequeño, por lo que es conveniente usar la lente solo con luz reflejada. En comparación con los objetivos de visión general de 4x0.1, este también tiene una profundidad de campo notablemente mayor, lo que le permite disparar incluso sin apilarlos. Cuando se utilizan adaptadores como M42-RMS La lente se puede montar en una cámara sin microscopio para fotografía macro normal. Debido a su distancia de trabajo bastante grande y sus pequeñas dimensiones, esta lente simple y económica puede ser adecuada para equipar microscopios para realizar trabajos delicados (importante: los microscopios instrumentales "reales" son estereoscópicos, con una distancia de trabajo aún mayor >80 mm) o para visualización equipo de inspección.

Los siguientes son ejemplos de fotografías tomadas con una lente de 2×0.05 y una cámara sin espejo de fotograma completo. sony a7s, instalado en un microscopio NPZ M10 modificado a una distancia del tubo de ~160-190 mm.

Lista de objetos en la foto: 1 – cristales de azufre elemental, 2 – mecanismo de reloj de cuarzo, 3-5 – monocristales sintéticos facetados de carburo de silicio, 6 – cristal facetado de YAG:Nd:Ce en dos YAG:Nd, YAG:Nd: varillas de granate ce; 7-8 cristal facetado YAG:Nd:Ce en iluminación normal y UV; 9-10 – esmeraldas hidrotermales facetadas, 11 – ópalo facetado, 12 – objeto micrométrico LOMO OMO-U4.2.

Las siguientes fotografías fueron tomadas usando apilamiento.

Lista de objetos en la foto: 1 – cristales de azufre elemental, 2-4 – monocristales sintéticos facetados de carburo de silicio, 5-7 – esmeraldas hidrotermales facetadas, 8 – cristal facetado de YAG:Nd:Ce sobre dos varillas de YAG:Nd , YAG:Granates Nd: Ce, 9 – ópalo facetado, 10 – cristales de hidrato de trisoxalatoferrato de potasio.

Macro 2:1: microscopio versus fotoóptica. ¿Por qué es tan difícil fabricar una buena lente para microscopio de 2x?

Como se señaló anteriormente, el aumento 2:1 es un aumento de trabajo típico para lentes macro especializados. Muy a menudo se pueden encontrar ejemplos decentes de fotografías a esta escala, tomadas con lentes normales con macro anillos o lentes de fijación. Para entender por qué es necesario desarrollar lentes especiales para fotografía macro y micro lentes, veamos cómo se comporta una lente fotográfica normal al disparar a una escala de 2:1. Para ello, simularemos el diseño óptico de una lente simple y comprensible como Zenitar 50/2, cuyo diagrama está publicado en la patente RU2290675C1 de 2005.

La escala de imagen requerida se logra a una distancia de 230 mm (del objeto a la matriz). Establezcamos la apertura numérica en 0.05 (~F/8) y consideremos los gráficos de aberración longitudinal, curvatura de campo, características de contraste de frecuencia y el diagrama de puntos de aberración.

Ya en el diagrama de puntos se puede ver con qué rapidez disminuye la calidad óptica de la lente con la distancia al eje óptico debido a la influencia de la curvatura del campo y el astigmatismo. En este sentido, resulta que no es mejor. la lente doblete más simple. En el centro se consigue una resolución de 50 líneas/mm.

Con F/8, este objetivo no tiene problemas con la calidad de la imagen al enfocar al infinito. El deterioro observado se debe a que, en esencia, la lente no funciona correctamente: está diseñada para que la imagen que se forma esté cerca de la lente trasera y el objeto lo más lejos posible de la lente frontal. En este caso ocurre lo contrario: el objeto está más cerca de la lente frontal que la imagen que se está formando de la trasera. Por lo tanto, para mejorar ligeramente la situación, es necesario girar la lente hacia atrás. Para esto hay especiales adaptadores reversibles, y ahora puedes ver claramente por qué deberían usarse.

A continuación se muestran los resultados de la simulación para la misma lente en las mismas condiciones, pero al revés.

Es fácil ver que la curvatura del campo y el astigmatismo en este caso son mucho menores, por lo que la calidad de la imagen en todo el campo ha aumentado considerablemente, aunque todavía está lejos de ser ideal: la lente tampoco está diseñada para disparar a 1 :2 escala.

Para resolver este problema, basta con elegir una lente de reproducción como opción inversa, por ejemplo, Vegu-11U. Este objetivo proporciona la mejor calidad de imagen en una escala de ~1:4-1:2, invertida, es decir, 2:1-4:1.

De hecho: Vega-11U es capaz de proporcionar buena calidad tanto en el área central de la imagen como en el borde del campo con una apertura invertida de ~F/8. Simplemente resulta que una lente de este tipo no es en absoluto adecuada para su uso en un microscopio debido al incumplimiento de las distancias parafocales y del tubo con los estándares. La distancia parafocal de una lente de este tipo es el doble de la requerida (estándar 45 mm) y la distancia del tubo es un 20% menor de la requerida (la lente deberá “empotrarse” profundamente en el microscopio). Para aumentar la distancia del tubo y reducir la distancia parafocal, se requiere el uso de un diseño de teleobjetivo invertido: un diseño óptico retrofocal.

Puede probar el teleobjetivo Bertele invertido (patente estadounidense 2762262 1954) como tal. Por supuesto, no está diseñado para su uso a tal escala, pero la simulación nos permitirá ver cómo cumple con los requisitos de la óptica microscópica.

Con una distancia entre tubos de 160 mm, este objetivo tiene una distancia parafocal de 61 mm, que ya es mucho mejor que 90 y es adecuada para algunos sistemas microscópicos (Nikon, por ejemplo). Pero la lente todavía no es adecuada para la mayoría de los microscopios convencionales. Además, se puede ver cuán peor es la calidad de este teleobjetivo en comparación con el Vega, que es de complejidad similar: el teleacortamiento del sistema siempre compromete la calidad de la imagen.

Me preguntaba qué tan difícil sería diseñar un objetivo de microscopio de 2x con una distancia parafocal de 45 mm que pudiera proporcionar buena calidad en un marco de 36x24 mm y una resolución de ~50 l/mm. Para los cálculos se utilizó el diseño del teleobjetivo Bertele y para los cálculos se utilizaron materiales ópticos modernos del catálogo CDGM.

El resultado del cálculo fue un plan apocromático de seis lentes (400-700 nm), que cumple plenamente con los requisitos del estándar RMS con una distancia parafocal de 45 mm y una distancia entre tubos de 160 mm. La lente tiene una larga distancia de trabajo y un diseño óptico compacto.

Al final resultó que, cuando una lente de este tipo se enfoca al infinito, la distancia de trabajo es el 220% de la distancia focal; aproximadamente la misma relación se logra en lentes gran angular complejas, como 20/3.5 para cámaras SLR. Calcular lentes microscópicas de bajo aumento es una tarea de complejidad comparable. Por eso, para mejorar la calidad de la lente Bertele reduciendo al mismo tiempo sus dimensiones, fue necesario aumentar el número de lentes y utilizar los materiales ópticos más modernos, principalmente pedernales súper pesados ​​con un índice de refracción de hasta 1.95.

La lente china de 2×0.05 analizada en este artículo no utiliza un diseño óptico complejo ni materiales avanzados y, por lo tanto, tiene una resolución en el eje muy moderada y una calidad de imagen baja en un campo que es aproximadamente la mitad que la de una lente de 36×24. marco.

 

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 y prueba comparativa de acromático microscópico 20/0.40 160/0.17 (China, sin nombre)
• 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

Lente de microscopio simple 2/0.05 160/- es una solución funcional y prácticamente la única disponible para aquellos que desean obtener un gran campo de trabajo en un microscopio biológico convencional. La lente también es adecuada para fotografía macro, pero si no se requiere compatibilidad con un microscopio, es mejor comprarla. adaptador reversible con conjunto macro anillos o lente macro especializada.