Test de l'objectif faible grossissement 2/0.05 160/- (sans nom, Chine). Problèmes de construction de lentilles à faible grossissement pour microscopes

Matériau sur la lentille spécialement pour Radozhiva préparé Rodion Echmakov.

Les lentilles pour microscopes avec des grossissements inférieurs à 4x sont rares. En règle générale, ces optiques ne sont pas incluses dans l'emballage standard des microscopes et peuvent être achetées séparément. Dans le même temps, il existe de nombreux objectifs macro et accessoires d'appareil photo qui permettent d'obtenir la même échelle d'image, ce qui soulève un certain nombre de questions : quelle est la différence entre un objectif photographique 2x et un objectif de microscope 2x, comment et quels objectifs photographiques non spécialisés peuvent être utilisés pour obtenir une échelle d'image 2:1, et aussi pourquoi il est si difficile de fabriquer un objectif 2x de haute qualité pour un microscope.

Cet article présente un ultra-abordable (10$-15$) 2x objectif pour les microscopes de la norme RMS avec une longueur de tube de 160 mm, la conception optique de la microlentille a été analysée et la qualité de l'image a été comparée à celle de la photo-optique conventionnelle. Quelques informations de base concernant l'utilisation de l'optique microscopique sur les caméras sont données ici.

caractéristiques techniques

Conception optique – 4 objectifs en 3 groupes, téléobjectif Berthele ;

Type de correction – achromat ;
Distance des tubes – 160 mm ;
Facteur de grossissement – ​​2x ;
Ouverture numérique – 0.05 ;
Distance focale – ~40 mm ;
Ouverture relative – ~F/8 ;
Distance de travail – 35 mm ;
L'épaisseur du verre de protection est de 0 mm, l'utilisation du verre est facultative ;
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.

conception

Le corps de l'objectif 2/0.05 est entièrement en aluminium. L'objectif ne comporte aucune pièce externe amovible - la conception est monolithique. La lentille a une conception volumineuse sans utilisation d'un ensemble d'autocollimation - les lentilles sont placées dans le corps sans placement préalable dans des montures spéciales. Le démontage s'effectue en dévissant la bague cannelée arrière. La lentille frontale est profondément encastrée dans le corps, ce qui crée une sorte de pare-soleil, mais cet évidement ne présente aucun noircissement. Un noircissement est également présent aux extrémités des lentilles ; il n'y a pas de mat sur les anneaux inter-lentille. Pour que l'objectif forme une image contrastée, ces défauts doivent être éliminés lors du démontage de l'objectif.

Important: La lentille centrale de la lentille a une forme biconvexe et ses deux surfaces sont extrêmement similaires l'une à l'autre, et la lentille peut donc très facilement être assemblée de manière incorrecte. Si facile que il peut provenir du magasin neuf, mais déjà mal assemblé: laissez-vous guider par les exemples de photographies ici - l'image focalisée doit être sans effet doux prononcé (« lueur » des contours), ainsi que par l'apparition de taches de défocalisation de l'objectif - les taches préfocales et postfocales doivent avoir un aspect similaire , sans frontières prononcées.

Les optiques de l'objectif 2/0.05 sont recouvertes de teintes violettes, probablement monocouches. La limite de transmission de la lumière dans les courtes longueurs d’onde est d’environ 365 nm. Le revêtement n’introduit pas de distorsion de couleur perceptible à l’œil.

La conception optique de l'objectif est similaire à celle du téléobjectif Ludwig Berthele (brevet américain 2762262 1954). Selon l'analyse XRF (Bruker M1 Mistral), les éléments de lentille avant et arrière sont constitués de verre couronne épais. La lentille négative du collage est du silex au niobium (sans plomb). Le choix de ces types de matériaux optiques est généralement conforme à la conception optique présentée dans le brevet de Bertele. On ne peut pas dire que ce calcul optique ait évolué vers des marques de verre plus modernes et plus intéressantes en termes de paramètres.

 

L'objectif a de très petites dimensions et une longue distance de travail de 35 mm. Il est important qu'il soit entièrement compatible avec les microscopes conventionnels avec une distance parfocale de 45 mm, car l'objectif Bertele d'origine ne rentre pas du tout dans cette limitation.

Voici des photographies de l'apparence de l'objectif 2/0.05.

Comme vous pouvez le constater, l'objectif lui-même est de très petite taille, semble simple et économique.

Qualité d'image

L'image formée par l'objectif dans la zone centrale de la monture est plutôt nette, mais des aberrations sphérochromatiques restent très visibles. Le champ de l'objectif est presque plat, mais le niveau d'astigmatisme est élevé, c'est pourquoi même lors d'une refocalisation, il n'est pas possible d'obtenir une netteté idéale en bord de champ. Comparé à l'objectif Planifier 4×0.1 l'image avec 2x0.05 semble plus douce.

L'objectif vous permet de prendre des photographies d'objets assez grands selon les normes de microscopie. Certains objets s'intègrent bien dans tout son champ - un mécanisme de montre par exemple ou des petits bijoux. L'inconvénient est que la plupart des condenseurs de lumière transmise des microscopes ont un champ beaucoup plus petit, de sorte que l'objectif est pratique à utiliser uniquement en lumière réfléchie. Par rapport aux objectifs d'aperçu 4x0.1, celui-ci possède également une profondeur de champ nettement plus grande, vous permettant de prendre des photos même sans empilage. Lorsque vous utilisez des adaptateurs comme M42-RMS L'objectif peut être monté sur un appareil photo sans microscope pour une macrophotographie régulière. En raison de sa distance de travail assez grande et de ses petites dimensions, cet objectif simple et bon marché peut convenir pour équiper des microscopes destinés à effectuer des travaux délicats (important : les « vrais » microscopes instrumentaux sont stéréoscopiques, avec une distance de travail encore plus grande > 80 mm) ou pour des travaux visuels. matériel d'inspection.

Voici des exemples de photographies prises avec un objectif 2 × 0.05 et un appareil photo sans miroir plein format Sony A7, installé sur un microscope NPZ M10 modifié à une distance des tubes d'environ 160 à 190 mm.

Liste des objets sur la photo : 1 – cristaux de soufre élémentaire, 2 – mécanisme de montre à quartz, 3-5 – monocristaux synthétiques facettés de carbure de silicium, 6 – cristal YAG:Nd:Ce facetté sur deux YAG:Nd, YAG:Nd : Baguettes de grenat Ce; Cristal YAG:Nd:Ce à 7-8 facettes en éclairage normal et UV ; 9-10 – émeraudes hydrothermales facettées, 11 – opale facettée, 12 – objet micrométrique LOMO OMO-U4.2.

Les photos suivantes ont été prises en utilisant l'empilage.

Liste des objets sur la photo : 1 – cristaux de soufre élémentaire, 2-4 – monocristaux synthétiques facettés de carbure de silicium, 5-7 – émeraudes hydrothermales facettées, 8 – cristal YAG:Nd:Ce facetté sur deux tiges de YAG:Nd , YAG:Nd grenats : Ce, 9 – opale à facettes, 10 – cristaux de trisoxalatoferrate de potassium hydraté.

Macro 2:1 – microscope versus photo-optique. Pourquoi est-il si difficile de fabriquer un bon objectif de microscope 2x ?

Comme indiqué précédemment, le grossissement 2:1 est un grossissement de travail typique pour les objectifs macro spécialisés. Très souvent, vous pouvez trouver de bons exemples de photographies à cette échelle, prises avec des objectifs ordinaires avec macro-anneaux ou des lentilles de fixation. Pour comprendre pourquoi il est nécessaire de développer des objectifs spéciaux pour la macrophotographie et les micro-objectifs, examinons comment se comporte un objectif photographique ordinaire lors d'une prise de vue à l'échelle 2:1. Pour ce faire, nous allons simuler la conception optique d'un objectif simple et compréhensible comme Zénitar 50/2, dont le schéma est publié dans le brevet RU2290675C1 de 2005.

L'échelle d'image requise est obtenue à une distance de 230 mm (de l'objet à la matrice). Régleons l'ouverture numérique sur 0.05 (~F/8) et considérons les graphiques de l'aberration longitudinale, de la courbure du champ, des caractéristiques de contraste de fréquence et le diagramme des points d'aberration.

Le diagramme ponctuel vous permet déjà de voir à quelle vitesse la qualité optique de la lentille diminue avec la distance par rapport à l'axe optique en raison de l'influence de la courbure du champ et de l'astigmatisme. À cet égard, il ne s'avère pas meilleur l'objectif doublet le plus simple. Au centre, une résolution de 50 lignes/mm est atteinte.

À F/8, cet objectif n'a aucun problème de qualité d'image lors de la mise au point à l'infini. La détérioration observée est due au fait que, essentiellement, l'objectif ne fonctionne pas correctement : il est conçu pour que l'image formée soit proche de la lentille arrière et que l'objet soit le plus éloigné possible de la lentille avant. Dans ce cas, c’est l’inverse : l’objet est plus proche de la lentille avant que l’image formée ne l’est de la lentille arrière. Par conséquent, afin d'améliorer légèrement la situation, l'objectif doit être tourné vers l'arrière. Pour cela il y a des spéciaux adaptateurs réversibles, et maintenant vous pouvez clairement voir pourquoi ils devraient être utilisés.

Vous trouverez ci-dessous les résultats de simulation pour le même objectif dans les mêmes conditions, mais à l'envers.

Il est facile de voir que la courbure du champ et l'astigmatisme dans ce cas sont beaucoup plus faibles, ce qui a considérablement augmenté la qualité de l'image sur tout le champ, même si elle est encore loin d'être idéale : l'objectif n'est pas non plus conçu pour prendre des photos à 1 :2 échelle.

Pour résoudre ce problème, il suffit de choisir un objectif de reproduction comme inversion - par exemple, Végu-11U. Cet objectif offre la meilleure qualité d'image à une échelle de ~1:4-1:2, inversée, donc 2:1-4:1.

En effet : le Vega-11U est capable de fournir une bonne qualité aussi bien dans la zone centrale de l'image qu'en bord de champ avec une ouverture inversée de ~F/8. Il s'avère simplement qu'une telle lentille n'est pas du tout adaptée à une utilisation dans un microscope en raison du non-respect des distances parfocales et des tubes avec les normes. La distance parfocale d'une telle lentille est deux fois plus grande que celle requise (standard 45 mm) et la distance du tube est inférieure de 20 % à celle requise (la lentille devra être « encastrée » profondément dans le microscope). Pour augmenter la distance du tube et réduire la distance parfocale, l'utilisation d'un téléobjectif inversé est nécessaire - une conception optique rétrofocale.

Vous pouvez essayer le téléobjectif Bertele inversé (brevet américain 2762262 1954) comme objectif. Il n’est bien sûr pas conçu pour une utilisation à une telle échelle, mais la simulation permettra de voir comment il répond aux exigences de l’optique microscopique.

Avec une distance tube de 160 mm, cet objectif a une distance parfocale de 61 mm, ce qui est déjà bien meilleur que 90 et convient à certains systèmes microscopiques (Nikon par exemple). Mais l’objectif n’est toujours pas adapté à la plupart des microscopes conventionnels. De plus, vous pouvez voir à quel point la qualité de ce téléobjectif est bien pire par rapport au Vega, qui est d'une complexité similaire : téléraccourcir le système est toujours un compromis sur la qualité de l'image.

Je me demandais à quel point il serait difficile de concevoir un objectif de microscope 2x avec une distance parfocale de 45 mm, capable de fournir une bonne qualité sur un cadre de 36 x 24 mm et une résolution d'environ 50 l/mm. La conception du téléobjectif Bertele a été prise comme base ; des matériaux optiques modernes du catalogue CDGM ont été utilisés dans les calculs.

Le résultat du calcul a été un plan apochromatique à six lentilles (400-700 nm), qui répond pleinement aux exigences de la norme RMS avec une distance parfocale de 45 mm et une distance entre les tubes de 160 mm. L'objectif a une longue distance de travail et une conception optique compacte.

Il s'est avéré que lorsqu'un tel objectif est mis au point à l'infini, la distance de travail est de 220 % de la distance focale - à peu près le même rapport est obtenu dans les objectifs grand angle complexes tels que 20/3.5 pour les appareils photo reflex. Le calcul de lentilles microscopiques à faible grossissement est une tâche d’une complexité comparable. C'est pourquoi, afin d'améliorer la qualité de la lentille Bertele tout en réduisant ses dimensions, il a fallu augmenter le nombre de lentilles et utiliser les matériaux optiques les plus modernes, principalement des silex super-lourds avec un indice de réfraction allant jusqu'à 1.95.

L'objectif chinois 2 × 0.05 discuté dans cet article n'utilise pas de conception optique complexe et/ou de matériaux avancés, et a donc une résolution sur axe très modérée et une faible qualité d'image sur un champ qui est environ la moitié de celui d'un 36 × 24. cadre.

 

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

Objectif de microscope simple 2/0.05 160/- est une solution efficace et pratiquement la seule disponible pour ceux qui souhaitent disposer d'un large champ de travail sur un microscope biologique conventionnel. L'objectif convient également à la macrophotographie, mais si la compatibilité avec un microscope n'est pas requise, il est préférable d'acheter adaptateur réversible avec ensemble macro-anneaux ou objectif macro spécialisé.