Revisión del objetivo microscópico-planacromático L Plan 20x0.40 ∞/0 F=200 WD=12

Material en la lente especial para Radozhiva preparado rodion eshmakov.

Los objetivos con un factor de aumento de 20x, por regla general, no están incluidos en el kit óptico estándar de los microscopios modernos, donde se prefiere un juego de 4-10-40-100x. Las lentes de 20x, que ocupan una posición límite entre la óptica de aumento medio y alto, se compran por separado. Sin embargo, la lente L Plan 20/0.40 presentada en la revisión con una distancia de trabajo aumentada (“metalográfica”) es estándar para el microscopio Raman portátil B&W Tek i-Raman Plus BAC151C, construido según el diseño de tubo “infinito”.

características técnicas

Diseño óptico – retrofocal, desconocido;
Tipo de corrección – plancromática;
Distancia del tubo – infinito, calculada para lentes de tubo F=200 mm;
Factor de ampliación – 20x;
Apertura numérica – 0.4;
Distancia focal - 10 mm;
Distancia de trabajo – 12 mm;
Espesor del cubreobjetos – 0 mm;
Lente de compensación – no;
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 el diseño de un microscopio con un tubo “sin fin”

Los microscopios con el llamado tubo "sin fin" han reemplazado viejos sistemas clásicos cuando surgió la necesidad de crear sistemas modulares que introdujeran nuevos elementos ópticos (filtros, prismas, divisores de haz) en el espacio entre la lente y el ocular del microscopio. Como se sabe, en un haz de luz convergente, la introducción de una placa plana paralela conduce a una disminución de la calidad de la imagen, mientras que en un haz paralelo no afecta las aberraciones del sistema. Por lo tanto, la gran mayoría de los microscopios multifuncionales modernos se construyen según este esquema.

Las lentes para sistemas de tubos "infinitos" no se pueden utilizar por sí solas sin accesorios adicionales para obtener microfotografías sin pérdida de calidad. De hecho, son copias invertidas y reducidas de lentes fotográficas comunes, diseñadas para funcionar al infinito: es decir, lo que era una imagen para una lente fotográfica, es un objeto para una microlente. Para que una microlente infinita produzca la mejor calidad de imagen en la escala correcta, debe combinarse con otra lente, generalmente llamada lente de tubo.

Una “lente de tubo” es (probablemente) una jerga para referirse a una lente que enfoca un haz de luz paralelo que emerge de una microlente hacia un sensor de cámara o un ocular. En los sistemas más simples, diseñados para un campo de no más de 22 mm, la lente tubular está diseñada como un doblete acromático con una distancia focal de 180-200 mm y una apertura relativa de ~1:8-1:10. En este caso, al utilizar lentes convencionales con corrección acromática sin variar la distancia entre la lente y la lente del tubo, se proporciona un nivel de calidad de imagen que está limitado por la calidad de la microlente. Si, por el contrario, una microlente tiene una calidad óptica muy alta, una gran apertura y campo, y además si se requiere un aumento en la distancia entre la lente del tubo y la lente (por ejemplo, para instalar módulos adicionales), entonces el tubo La lente debe tener un diseño más complejo. Por ejemplo, algunos sistemas Nikon parecen utilizar lentes anastigmatizados pequeños como "Tair" 200/8 (WO2023120104A1) para una mejor corrección del esferocromatismo y el astigmatismo en la región de 430-650 nm, pero esto no es suficiente para funcionar en condiciones típicas de cámara. rango 400-700 nm con un tamaño de matriz de 36 × 24 mm.

El diseño de un microscopio con un tubo infinito también puede estar compuesto por lentes fotográficas ordinarias. Para hacer esto, debe elegir una lente de distancia focal larga con cromatismo bien corregido como lente de tubo y una lente de distancia focal corta con muy buena corrección. esferocromatismo como microlente. La lente de enfoque largo está montada en una posición hacia adelante en la cámara y enfoca al infinito, mientras que la lente de enfoque corto debe instalarse en la posición inversa frente a la lente de enfoque largo. En este caso, el aumento se determinará como F (lente de largo alcance) ÷ F (lente de corto alcance).
A continuación se muestra un ejemplo de un sistema de este tipo con un aumento de 2x y una apertura numérica de 0.1 (el doble que la de lentes simples 2x), compuesto por dos lentes planapocromáticas que conté para un microscopio estereoscópico: una de 90 mm f/4.5 y la otra de 180/4.5.

Es importante señalar que existen sistemas de compensación de distancia de tubo infinito donde la corrección de las aberraciones de la lente (principalmente aberraciones cromáticas laterales) se puede lograr ya sea en el ocular o en la lente del tubo. En otras palabras, el problema de elegir lentes para fotografía todavía existe: no todas las lentes para microscopios con tubo infinito son capaces de formar una imagen de alta calidad sin un ocular o una lente tubular especialmente diseñada para ellos.

Construcción de lentes

La lente L Plan 20×0.4 está fabricada en latón niquelado. El peso de la lente es bastante grande en comparación con acromáticos de 10 × 0.25 más simples. La parte decorativa de la carcasa de la lente, como es habitual, no está fija y puede girarse accidentalmente en lugar de la propia lente al intentar retirarla del microscopio.

La característica principal y la principal ventaja de la lente es la gran distancia de trabajo de 12 mm, que permite trabajar cómodamente con muestras gruesas y opacas de forma arbitraria, como se requiere, por ejemplo, en la espectroscopia Raman. Debido a la gran distancia de trabajo, la lente se fabrica sin el uso de una unidad de lente con resorte.

La lente aparentemente tiene un diseño óptico retrofocal bastante complejo que utiliza materiales modernos altamente refractivos; de lo contrario, sería imposible alcanzar un nivel aceptable de calidad de imagen a una distancia de trabajo tan larga. Según el análisis de fluorescencia de rayos X (Bruker M1 Mistral), la lente frontal de la lente está hecha de pedernal de lantano pesado con un índice de refracción de ~1.75-1.8 y un número de Abbe de ~49-40.

El cristal de la lente, cuando se utiliza en un microscopio Raman (de donde se tomó), a menudo forma una señal de fondo al registrar espectros, lo que debe tenerse en cuenta cuando se trabaja con muestras poco reflectantes.

Las lentes del objetivo tienen un revestimiento antirreflectante multicapa con un color verde resaltado. Este recubrimiento proporciona un espectro de transmisión mucho más suave que el utilizado en lentes biológicas baratas. El límite de transmisión de longitud de onda corta de esta lente es ~370 nm, lo que indica la influencia de los materiales de la lente utilizados en la lente (lantano pesado y pedernales de titanio-niobio) sobre la absorción en la región azul del espectro.

A continuación se muestran fotografías de la apariencia de la lente L Plan 20×0.4, incluso en comparación con la lente biológica 20×0.4 160/0.17 más simple.

Calidad de imagen

Para realizar pruebas y tomar fotografías se utilizó la lente con el nuevo microscopio Magus Bio 250TL con accesorio trinocular. El tamaño de la imagen formada por este sistema está limitado a 22 mm, por lo que se utilizó una cámara para disparar. Sony NEX-3N con una matriz de formato APS-C, no full frame sony a7s. El microscopio Magus Bio 250TL está fabricado según un esquema de compensación en el que las aberraciones de las lentes suministradas son corregidas por el ocular, es decir, la lente tubular (doblete acromático) en el accesorio trinocular del microscopio no participa en la compensación de aberraciones.

La lente L Plan 20×0.4 tiene corrección lateral aberración cromática en sí mismo y, por lo tanto, forma la imagen correcta cuando se utiliza con el microscopio seleccionado para la prueba. Como corresponde a un plancromático, la lente tiene un campo plano con niveles bajos de astigmatismo y coma dentro de un círculo de 22 mm.

La principal desventaja de esta lente es el nivel más alto de aberraciones esferocromáticas. Aunque la aberración esférica de la región verde se corrige muy bien en este objetivo, la parte de longitud de onda corta del rango de trabajo de la cámara de 400-470 nm se corrige extremadamente mal en este objetivo, por lo que la imagen está repleta de franjas violetas. Como resultado, resulta que en el área central de la imagen, el acromático biológico 20×0.4 más simple, que cuesta ~5-10 veces menos, crea una imagen más nítida y contrastante que el Plan L 20×0.4, aunque La lente biológica está en el campo debido al cromatismo lateral no corregido mucho peor.

A continuación se muestran imágenes de micrómetros de objetos de luz reflejada y transmitida (división de escala 0.01 mm) en L Plan 20 × 0.4.

La siguiente es una fotografía con una lente biológica 20×0.4 160/0.17, sin utilizar cubreobjetos.

Según mis observaciones, la lente se comporta bien en los casos en que el papel de los rayos azules en la formación de la imagen es mínimo: los cristales amarillos en la fotografía a través de esta lente se obtienen mejor que los azules, por ejemplo, debido a los diferentes grados de corrección de la aberración esférica. para diferentes longitudes de onda.

Vale la pena señalar que la lente tiene poca profundidad de campo, por lo que es muy recomendable utilizar el apilamiento al disparar.

Los siguientes son ejemplos de fotografías tomadas en Sony NEX-3N a través de un trinocular Magus Bio 250TL mediante apilamiento.
Lista de objetos: 1 – sulfuro-disulfuro de circonio, 2 – oxalatocuprato de potasio, 3-4 – cloruro de cloropentaamina cobalto(III), 5-6 – pentafluoroperoxotitanato de amonio, 7-8 – cloruro de hexaamina y níquel, 9 – tetrarodancocobaltato de potasio trihidrato, 10 – mandíbulas de abeja ( microportaobjetos ya preparados).

Luego, ejemplos de fotografías tomadas con una Sony NEX-3N a través de un trinocular Magus Bio 250TL sin apilamiento.
Lista de objetos: 1 – sulfuro-disulfuro de circonio, 2 – oxalatocuprato de potasio, 3-4 – cloruro de cloropentaamina cobalto (III), 5-7 – pentafluoroperoxotitanato de amonio, 8-10 – cloruro de hexaamina de níquel, 11 – tetrarodancocobaltato de potasio trihidrato, 12 – pluma de pájaro (microportátil ya preparado), 13 – pata de mosquito (microportátil terminado), 14-15 – mandíbulas de abeja (microportátil terminado).

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)

Todas las revisiones de lentes de microscopio para tubo infinito:

• Revisión del objetivo microscópico-planacromático L Plan 20x0.40 ∞/0 F=200 WD=12

Hallazgos

La lente L Plan 20×0.4 tiene una distancia de trabajo conveniente y un campo bien corregido, pero debido a la corrección extremadamente pobre de las aberraciones esferocromáticas, es difícil de usar para tomar fotografías en el rango espectral habitual. El objetivo es muy adecuado para instrumentos visuales y para fotografía en el espectro limitado de 470-650 nm.