Optique microscopique sur une caméra. Examen de l'objectif de microscope Plan 4x0.1 160/0.17 (Chine, sans nom)

Matériau sur la lentille spécialement pour Radozhiva préparé Rodion Echmakov.

Objectif Plan 4×0.1 160/0.17 – ultra-budget moderne (~ 10 $) lentille à faible grossissement (révision) pour les microscopes biologiques les plus simples de la norme RMS (Royal Microscopique Society), réalisée selon la conception classique du début du 160e siècle (avec un tube « final » de XNUMX mm). Les objectifs de ce type peuvent être utilisés comme objectifs macro à échelle fixe avec des appareils photo numériques dans les cas où les objectifs photographiques conventionnels dotés d'accessoires supplémentaires ne fournissent pas la qualité d'image requise.

Spécifications:

Conception optique – non fournie par le fabricant ;
Type de correction – plan-achromat ;
Distance des tubes – 160 mm ;
Facteur de grossissement – ​​4x ;
Ouverture numérique (NA) – 0.1 ;
Distance parfocale – 45 mm ;
Distance de travail – 29 mm ;
Épaisseur du verre de protection – 0-0.17 mm ;
Immersion requise - non ;
Type de montage – norme RMS (filetage 4/5" x 1/36") ;
Caractéristiques - lentille microscopique, ne possède pas de diaphragme à iris ni de mécanisme de mise au point.

À propos de la structure d'un microscope classique

L'histoire de l'optique moderne, pourrait-on dire, a commencé avec l'amélioration des lentilles microscopiques : les travaux Ernst Abbé, l'un des pères fondateurs de l'optique en tant que science, avait initialement pour objectif spécifique de créer des microscopes de haute qualité pour l'entreprise Carl Zeiss, ainsi que les réalisations d'un technologue en chimie Otto Schotta, qui a donné naissance à la science moderne de la fusion du verre et des matériaux optiques.

Les microscopes à tube à distance finie se sont répandus depuis la fin du XIXe siècle et ont été remplacés par des systèmes à tube « infini » dans la seconde moitié du XXe siècle uniquement dans les domaines où la modularité du système optique est requise pour une utilisation avec divers accessoires : polarisants, luminescents et autres. Aujourd'hui, ces microscopes, très simples à fabriquer, sont principalement utilisés comme microscopes éducatifs ou pour enfants, bien qu'au milieu du XXe siècle, il existait également des microscopes de recherche complexes construits selon la conception avec un tube fini. Une lentille de microscope de ce type forme une image d'un objet à une distance finie sans l'aide d'éléments optiques supplémentaires (lentille tubulaire - dans les microscopes à tube « infini »). Une matrice de caméra (pour la prise de vue en mise au point directe) ou un oculaire (pour l'observation visuelle) peut être placée dans le plan de l'image. Il existe également des dispositifs permettant de photographier à travers un oculaire, ce qui a du sens dans certains cas, mais cette approche n'est pas envisagée dans le cadre de cet article.

La distance du plan image à l'objectif détermine le grossissement (plus la distance est grande, plus le grossissement est grand), mais pour atteindre un niveau de qualité acceptable, l'écart de cette distance par rapport à celle calculée ne doit pas être trop important (±1 -2 cm pour les lentilles de grossissement <10x). Pourquoi donc? Il suffit de regarder de plus près le diagramme schématique du microscope. Il n'est pas difficile de remarquer une certaine similitude entre cette image et, disons, une image avec un objectif à longue focale typique focalisé à une distance finie - seuls l'objet et l'image ont déjà changé de place.

C'est un fait bien connu : les objectifs photographiques ordinaires sont réglés lors du calcul de manière à ce que leur qualité soit meilleure lors de la mise au point à l'infini. Sans l'utilisation de techniques de conception spéciales, la qualité de l'image diminue inévitablement lors de la mise au point sur de courtes distances, c'est-à-dire que les performances d'un objectif photographique conventionnel sont affectées par l'échelle d'image à laquelle il est utilisé. Il en va de même avec la micro-optique : elle doit être utilisée à l'échelle pour laquelle elle a été calculée, c'est-à-dire à la distance calculée du tube, c'est-à-dire la distance entre le plan image et le filetage de fixation de la lentille au microscope. La grande majorité des objectifs avec tube d'extrémité sont réalisés à une distance de 160 ou 190 mm.

La distance parfocale d'un objectif de microscope est la distance entre la monture et l'objet. Ce paramètre n'est pas aussi important pour l'utilisateur que pour le concepteur : après tout, c'est la distance parfocale qui détermine la longueur que peut avoir la conception optique de la lentille. Les restrictions sur les dimensions de conception optique ont un impact significatif sur la qualité d'image des objectifs à fort grossissement et à ouverture numérique (NA) les plus performants. De nombreux anciens microscopes soviétiques et étrangers ont une distance parfocale des lentilles de 33 mm, alors qu'aujourd'hui la norme est de 45 mm, et que les systèmes de recherche plus complexes ont une distance de 65, voire 80 mm.

Ce qui compte, c'est la distance de travail de l'objectif, c'est-à-dire la distance entre l'avant du corps et l'objet. Cela détermine la facilité d'utilisation de l'objectif : si la distance de travail est grande, il est alors plus facile d'éclairer l'objet et il y a moins de risques d'endommager la lentille avant de l'objectif. Les lentilles instrumentales, métallographiques et certaines autres lentilles spécialisées ont les distances de travail les plus grandes, tandis que les lentilles biologiques ont généralement, au contraire, des distances de travail courtes (à un grossissement de plus de 10x), car avec leur aide, elles n'examinent que des objets plats et, comme en règle générale, sous un couvre-objet dont l'épaisseur est également incluse dans le calcul de la lentille, puisque le couvre-objet affecte la correction des aberrations de champ. Cependant, pour les objectifs à faible grossissement (jusqu'à 10x), cela n'est généralement pas si important.

La taille de l'image formée est généralement limitée par le diamètre du siège oculaire du microscope. Pour les systèmes de tube d'extrémité en question, il s'agit d'un ajustement fluide de 23.2 mm, donc lors d'une prise de vue en mise au point directe au microscope, un vignettage peut être observé même avec des matrices au format APS-C.

Les optiques de microscope sont classées selon le type de correction des aberrations chromatiques et de la courbure de champ. Il existe des achromates, des semi-apochromates (utilisant des matériaux de type fluorite) et des apochromates (correction du chromatisme dans une large gamme de longueurs d'onde) - selon le type de correction du chromatisme, qui peut, à son tour, être avec courbure de champ corrigée - c'est-à-dire , prévoyez des lentilles.

Les lentilles pour microscopes, quelle que soit la distance entre les tubes, sont des systèmes à un, deux ou trois composants. Le premier composant, qui peut manquer dans les lentilles de faible puissance, est un système convergent puissant, généralement sous la forme d'une lentille hémisphérique, simple ou multiple. Ce composant n'a pas de signification différente de l'accélérateur de vitesse des objectifs photographiques. Le deuxième composant de l'objectif assure la correction des aberrations, dans certains cas c'est le seul. Très souvent, ce composant peut être conçu comme une lentille Petzval ou Richter, mais des schémas de type « double Gaussien » (« Planaire ») sont également utilisés. Le troisième composant, généralement présent dans les lentilles plan à moyen et fort grossissement, est un correcteur de courbure de champ et d'astigmatisme, et est souvent réalisé en forme de ménisque, comme les lentilles. Maksoutova ou des lentilles Tair.

La conception optique des objectifs à fort grossissement rappelle les objectifs ultrarapides tels que Carl Zeiss R-Biotar, Astro Berlin Tachon et d'autres - avec des valeurs d'ouverture incroyables de ~F/1.0 et un segment arrière court. Les lentilles à faible et moyen grossissement sont plus similaires dans leur conception aux optiques de projection de films conventionnelles, par exemple - une lentille KO-90 90/1.9 (LOMO soviétique 8×0.2, 9×0.2). Les objectifs à plus faible grossissement (jusqu'à 4x) peuvent être construits comme des objectifs longs/téléobjectifs classiques.

Le problème clé lors de la recherche d'objectifs de microscope pour la photographie à mise au point directe est le principe de compensation mutuelle de l'objectif et de l'oculaire, qui était largement utilisé dans les microscopes plus anciens avec une distance de tube finie pour simplifier la conception des oculaires et des objectifs, en particulier à fort grossissement. . Il existe une très petite liste d'anciens objectifs pouvant être utilisés avec un appareil photo à mise au point directe (c'est-à-dire sans systèmes optiques de compensation, oculaires spéciaux) et, en règle générale, ce sont des objectifs avec un grossissement jusqu'à 10x. Parmi eux, par exemple, figurent les objectifs LOMO Plan 3.5×0.1, Achromat 3.7×0.11, Achromat 8×0.2 (l’objectif de microscope le plus courant en général), Plan 9×0.2. La grande majorité des objectifs Apo, Plan-Apo, 20x et plus sont conçus pour être utilisés avec un oculaire de compensation et présentent, en mise au point directe, un niveau très élevé de sphérochromatisme, d'aberrations de champ et de chromatisme latéral. L'absence d'informations systématiques sur la conception et les paramètres des lentilles de microscope rend particulièrement urgente la recherche d'alternatives modernes aux anciennes optiques - après tout, les nouvelles lentilles ne sont plus considérées comme équivalentes aux anciens systèmes de compensation. Cependant, tout n'est pas si simple avec l'optique chinoise : dans un même boîtier et sous le même nom, il peut y avoir des objectifs avec des niveaux de qualité complètement différents. D'une manière ou d'une autre, le Plan 4x0.1 160/0.17 est une alternative aux anciens LOMO soviétiques 3.7x0.11 et Plan 3.5x0.1, qui peuvent être achetés complètement neufs, non utilisés et souvent moins chers.

Planifier la conception et l'adaptation d'objectifs 4 × 0.1 pour les caméras

L'objectif est constitué d'un corps métallique, constitué d'une gaine amovible en aluminium, qui fait office de pare-soleil et forme l'apparence de l'objectif, et, en fait, d'un bloc d'objectif en laiton chromé. L'inconvénient de la conception est que la partie extérieure du corps ne présente aucun noircissement et, comme vous le savez, un pare-soleil brillant est de peu d'utilité. Heureusement, cela peut être facilement résolu avec un pinceau et de la peinture noire. Un autre problème est le manque de fixation de la gaine d'objectif sur le corps. Lors du dévissage de l'objectif d'un microscope, la chemise est souvent dévissée en premier, puis il faut saisir l'objectif lui-même. Important : l'objectif existe en deux versions externes : avec une gaine en aluminium anodisé (présentée dans cet article) et avec une gaine en laiton chromé. Optiquement, ce sont les mêmes objectifs. Également important : il existe des preuves de l'existence d'objectifs Plan 4×0.1 160/0.17 d'apparence similaire mais optiquement différents (pour le pire).

Chacune des surfaces optiques de la lentille possède un revêtement antireflet violet. Tout le monde n'est pas vieux lentilles soviétiques ont l’illumination, et s’ils le font, il est extrêmement rare que le premier objectif le soit aussi. Le noircissement de l'espace à l'intérieur du bloc de lentilles entre les lentilles est assez médiocre.

Selon l'analyse par fluorescence X, la lentille avant de la lentille est en verre de type silex au lanthane (n ~ 1.75-1.8, v ~ 50-45) : les pics de zirconium, de lanthane, de gadolinium, d'ytrium, de niobium et de zinc sont détecté dans le spectre.

L'élément de lentille arrière est constitué de verre couronne épais (n ~ 1.59-1.64, v ~ 61 – 57), comme en témoignent les pics de baryum, de strontium et de zinc.

Il est probable que si je démontais l'objectif, la lentille centrale ou le groupe de lentilles contiendrait du silex épais, car il doit y avoir au moins une lentille à haute dispersion dans la conception.

Comme vous pouvez le constater, l'objectif bon marché 4x0.1 est fabriqué à partir de matériaux assez modernes, à partir desquels, par exemple, les silex de lanthane n'étaient pas disponibles en URSS. En d’autres termes, cet objectif est fabriqué à un niveau technologique supérieur à celui de ses homologues soviétiques.

L'apparence du Plan 4×0.1 160/0.17 est présentée sur la photo ci-dessous. L'objectif est de taille très compacte, beaucoup plus petit que n'importe quel objectif photographique.

Pour utiliser l'objectif avec des appareils photo modernes, vous pouvez soit acheter un adaptateur comme RMS-M42 avec un jeu d'anneaux macro pour obtenir la longueur de tube requise, ou, ce qui est plus pratique, convertir un microscope bon marché pour la photographie. J'ai donc acheté un microscope NPZ M10 des années 1940-1950, qui n'était pas réclamé en laboratoire, dans lequel l'oculaire standard équipé d'un tube rétractable a été remplacé par une unité fixe, qui permet d'utiliser le microscope pour des observations visuelles. grâce aux oculaires à grand champ des stéréomicroscopes MBS (ajustement 32 mm) et des télescopes (ajustement 1.25"), et pour la photographie à mise au point directe. De la même manière, j'ai refait le Biolam S11 soviétique pour l'utiliser dans un atelier de formation.

Lorsque vous utilisez un microscope converti, il est pratique d’avoir un mécanisme de mise au point, une platine et un éclairage à lumière transmise. À propos, la lumière pour la microphotographie est presque la chose la plus importante. j'ai utilisé puissant éclairage LED à deux points comme celui-ci pour fournir un éclairage en lumière réfléchie, transmise ou simultanément réfléchie et transmise.

Propriétés optiques

L'objectif Plan 4×0.1 démontre une bonne qualité d'image : les aberrations sphériques sont bien corrigées dans la région centrale (bien que dues à une compensation mutuelle) et la résolution n'est limitée que par la chromaticité ; sur l'ensemble du champ, même au-delà de la courbure calculée et l'astigmatisme est petit, bien corrigé et latéral aberration chromatique. Il est très difficile de critiquer la qualité d'un objectif qui coûte 10 dollars alors que les alternatives, même si elles ne sont pas toujours de meilleure qualité, sont plus chères.

L'objectif fonctionne bien même avec une longueur de tube allant jusqu'à 200 mm - dans ce cas, le grossissement devient plus grand, tout comme la monture couverte.

Le contraste de l'image formée dépend fortement de la qualité du noircissement du tube. Le noircissement du pare-soleil a bien sûr également un effet. Après les modifications requises, Plan 4×0.1 démontre un assez bon niveau de contraste et ne voile pratiquement pas la lumière transmise.

La transmission lumineuse du verre ne pose également aucune question : le revêtement antireflet (apparemment à une ou deux couches) ne reflète que légèrement les régions rouges et violettes du spectre, offrant ainsi une transmission maximale dans la région verte. La limite de transmission des ondes courtes de la lentille est de 350 nm.

Voici des exemples de photographies prises sur Plan 4×0.1 160/0.17 à l'aide d'un microscope M10 et d'un appareil photo Sony A7s avec une longueur de tube de 160 à 200 mm. J'ai utilisé l'objectif pour photographier des cristaux de composés obtenus lors d'un atelier de formation par des étudiants de 1ère année de la Faculté de Chimie et autres. Pour les personnes intéressées, une indication des substances : 1) molybdochromate d'ammonium(III), 2) molybdate de cobalt(II) piézochromiquep. 3) complexe cubain luminescent Cu4I4(C5H5N)4, 4) solvate d'acétylacétonate de fer (III) avec du chloroforme dans une ampoule, 5) et 6) trisoxalatochromate de potassium trihydraté, 7) intercroissance de cristaux d'acétylacétonate de manganèse (III), 8) et 9) acétalacétonate de vanadyle, 10) sulfure-disulfure de zirconium .

Bien entendu, la profondeur de champ, même avec un tel objectif, est assez faible et l'empilement devient dans certains cas une bonne solution. Vous trouverez ci-dessous des exemples de photos réalisées à l'aide de l'empilement dans Photoshop. Indication des composés : 1) molybdochromate d'ammonium (III), 2) acétylacétonate de chrome (III), 3) sulfate de chrome (II)-hydrazinium, 4) complexe de chlorure de cobalt (II) avec la thiourée, 5) tétrarodancobaltate de potassium, 6) et 7) bisoxalatocuprate de potassium dihydraté, 8) trisoxalatoferrate de potassium (III) trihydraté, 9) hexarodanonickelate de potassium hydraté, 10) et 11) acétylacétonate de manganèse (III), 12) sel de Reinecke, 13) sulfure-disulfure de zirconium, 14) dérivé thiocyanate de cluster acétate de chrome (II) avec tétraéthylammonium, 15) hexarodanochromate de potassium.

Tous les avis sur les objectifs de microscope standard RMS avec une distance de tube finie (160-190 mm) :

Optique moderne des fabricants chinois :

1. Test de l'objectif faible grossissement 2/0.05 160/- (sans nom, Chine). Problèmes de construction de lentilles à faible grossissement pour microscopes
2. 4x0.1 160/0.17 achromat (Chine, sans nom)
3. Optique microscopique sur une caméra. Examen de l'objectif de microscope Plan 4x0.1 160/0.17 (Chine, sans nom)
4. 10x0.25 160/0.17 achromat (Chine, sans nom) - modification et test
5. Revue et test comparatif de l'achromat microscopique 20/0.40 160/0.17 (Chine, sans nom)
6. Examen de l'objectif du microscope Planachromat Plan 20x0.4 160/0.17 (sans nom, Chine)

Avis sur les lentilles soviétiques pour microscopes :

1. Objectifs de microscope 3.7x0.11 (OM-12), 4.7x0.11 (LOMO, Progress) : revue et test
2. Revue et test du microscope achromatique LOMO M42 8x0.2
3. Examen, analyse et grand test comparatif des lentilles de microscope LOMO Plan 9x0.20 et 10x0.20 (OM-2)
4. Progress 9×0.20 190-P (OM-13P)
5. LOMO Epi 9x0.2 (OE-9, adapté)
6. LOMO 10x0.4 L (OM-33L) - modification et test
7. Revue et test de l'achromat microscopique OM-27 20x0.4 (Progrès)
8. Examen de l'objectif du microscope achromatique LOMO 21×0.4 190-P (OM-8P)

Verres Carl Zeiss :

1. Carl Zeiss Jena Semiplan 3.2/0.10 160/- (DIN)
2. Carl Zeiss Jena 10/0.30 160/-
3. Carl Zeiss Jena 40/0,65 160/0,17 (DIN)

Lentilles d'autres fabricants :

1. Lambda 10/0,25 160/-

 

résultats

Plan achromatique chinois très, très bon marché 4×0.1 160/0.17 Cela s’est avéré être une excellente solution financièrement intéressante pour obtenir des micrographies à faible grossissement. L'objectif fait bien mieux face à la tâche que les objectifs photographiques conventionnels avec macro-anneaux. Un autre gros avantage est que vous pouvez acheter cet objectif complètement neuf. Par contre, il existe des informations sur l'existence de « jumeaux maléfiques » de mauvaise qualité de cet objectif, réalisés selon une conception différente : il est important de s'orienter par la position des lentilles dans le corps (le long de la longueur de l'optique conception) lors de l’achat.

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