Revue de l'objectif-planachromat microscopique L Plan 20x0.40 ∞/0 F=200 WD=12

Matériau sur la lentille spécialement pour Radozhiva préparé Rodion Echmakov.

En règle générale, les objectifs avec un facteur de grossissement de 20x ne sont pas inclus dans le kit optique standard des microscopes modernes, où un ensemble de 4-10-40-100x est préféré. Les objectifs 20x, qui occupent une position limite entre les optiques à grossissement moyen et élevé, sont achetés séparément. Cependant, l'objectif L Plan 20/0.40 présenté dans la revue avec une distance de travail accrue (« métallographique ») est standard pour le microscope Raman portable B&W Tek i-Raman Plus BAC151C, construit selon la conception du tube « infini ».

caractéristiques techniques

Conception optique – rétrofocale, inconnue ;
Type de correction – planchromat ;
Distance du tube – infini, calculée pour un objectif tube F=200 mm ;
Facteur de grossissement – ​​20x ;
Ouverture numérique – 0.4 ;
Focale - 10 mm;
Distance de travail – 12 mm ;
Épaisseur du verre de protection – 0 mm ;
Objectif de compensation – non ;
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 conception d’un microscope à tube « sans fin »

Les microscopes à tube dit « sans fin » ont remplacé anciens systèmes classiques lorsque le besoin s'est fait sentir de créer des systèmes modulaires qui introduisent de nouveaux éléments optiques (filtres, prismes, séparateurs de faisceau) dans l'espace entre la lentille et l'oculaire du microscope. Comme on le sait, dans un faisceau lumineux convergent, l'introduction d'une lame plane-parallèle entraîne une diminution de la qualité de l'image, tandis que dans un faisceau parallèle elle n'affecte pas les aberrations du système. Par conséquent, la grande majorité des microscopes multifonctionnels modernes sont construits selon ce schéma.

Les objectifs pour systèmes de tubes « infinis » ne peuvent être utilisés seuls sans accessoires supplémentaires pour obtenir des microphotographies sans perte de qualité. En fait, ce sont des copies inversées et réduites d’objectifs photographiques ordinaires, conçus pour fonctionner à l’infini : c’est-à-dire que ce qui était une image pour un objectif photographique est un objet pour un micro-objectif. Pour qu’un micro-objectif infini produise la meilleure qualité d’image à la bonne échelle, il doit être combiné avec un autre objectif, généralement appelé objectif tube.

Une « lentille tubulaire » est (probablement) un argot désignant un objectif qui concentre un faisceau parallèle de lumière émergeant d'une microlentille sur un capteur d'appareil photo ou un oculaire. Dans les systèmes les plus simples, conçus pour un champ ne dépassant pas 22 mm, la lentille tube est conçue comme un doublet achromatique avec une distance focale de 180-200 mm et une ouverture relative de ~1:8-1:10. Dans ce cas, en utilisant des lentilles conventionnelles avec correction achromatique sans faire varier la distance entre la lentille et la lentille tube, on obtient un niveau de qualité d'image limité par la qualité de la microlentille. Si, au contraire, une microlentille a une qualité optique très élevée, une grande ouverture et un grand champ, et aussi si une augmentation de la distance entre la lentille tube et la lentille est nécessaire (par exemple, pour installer des modules supplémentaires), alors le tube l'objectif doit avoir une conception plus complexe. Par exemple, certains systèmes Nikon semblent utiliser de petits objectifs anastigmates tels que "Tair" 200/8 (WO2023120104A1) pour une meilleure correction du sphérochromatisme et de l'astigmatisme dans la région 430-650 nm, mais cela ne suffit pas pour fonctionner dans des conditions typiques d'appareil photo. plage 400-700 nm avec une taille de matrice de 36 × 24 mm.

La conception d'un microscope à tube infini peut également être composée d'objectifs photographiques ordinaires. Pour ce faire, il faut choisir un objectif à longue focale avec un chromatisme bien corrigé comme objectif tube et un objectif à courte focale avec une très bonne correction sphérochromatisme comme micro-lentille. L'objectif à mise au point longue est monté en position avant sur l'appareil photo et fait la mise au point à l'infini, tandis que l'objectif à mise au point courte doit être installé en position inversée devant l'objectif à mise au point longue. Dans ce cas, le grossissement sera déterminé comme F (objectif à longue focale) ÷ F (objectif à courte focale).
Vous trouverez ci-dessous un exemple d'un tel système avec un grossissement 2x et une ouverture numérique de 0.1 (deux fois celle de lentilles simples 2x), composé de deux lentilles planapochromates que j'ai comptées pour un stéréomicroscope - l'une de 90 mm f/4.5 et l'autre de 180/4.5.

Il est important de noter qu'il existe des systèmes de compensation de distance infinie du tube où la correction des aberrations de l'objectif (principalement les aberrations chromatiques latérales) peut être réalisée soit dans l'oculaire, soit dans l'objectif du tube. En d'autres termes, le problème du choix des objectifs pour la photographie existe toujours : tous les objectifs pour microscopes à tube infini ne sont pas capables de former une image de haute qualité sans un oculaire ou un objectif tube spécialement conçu pour eux.

Conception de lentille

La lentille L Plan 20×0.4 est en laiton nickelé. Le poids de l'objectif est assez important par rapport à achromates 10 × 0.25 les plus simples. La partie décorative du boîtier de l'objectif, comme d'habitude, n'est pas fixe et peut être accidentellement tordue à la place de l'objectif lui-même lorsque vous essayez de le retirer du microscope.

La principale caractéristique et le principal avantage de l'objectif sont la grande distance de travail de 12 mm, qui vous permet de travailler facilement avec des échantillons épais et opaques de forme arbitraire, comme l'exige, par exemple, la spectroscopie Raman. En raison de la grande distance de travail, l'objectif est fabriqué sans utiliser d'objectif à ressort.

L'objectif a apparemment une conception optique rétrofocus assez complexe utilisant des matériaux modernes hautement réfringents - sinon il serait impossible d'atteindre un niveau acceptable de qualité d'image à une distance de travail aussi longue. Selon l'analyse par fluorescence X (Bruker M1 Mistral), la lentille frontale de la lentille est constituée de silex de lanthane lourd avec un indice de réfraction d'environ 1.75 à 1.8 et un nombre d'Abbe d'environ 49 à 40.

Le verre de la lentille, lorsqu'il est utilisé dans un microscope Raman (d'où il a été extrait), forme souvent lui-même un signal de fond lors de l'enregistrement des spectres, ce qui doit être pris en compte lorsque l'on travaille avec des échantillons peu réfléchissants.

Les lentilles d'objectif ont un revêtement antireflet multicouche avec une couleur de surbrillance verte. Ce revêtement offre un spectre de transmission nettement plus fluide que celui utilisé dans lentilles biologiques bon marché. La limite de transmission aux ondes courtes de cette lentille est d'environ 370 nm, ce qui indique l'influence des matériaux de la lentille utilisés dans la lentille (lanthane lourd et silex de titane-niobium) sur l'absorption dans la région bleue du spectre.

Des photos de l'apparence de l'objectif L Plan 20×0.4, y compris en comparaison avec l'objectif biologique 20×0.4 160/0.17 le plus simple, sont présentées ci-dessous.

Qualité d'image

Pour effectuer des tests et prendre des photos, l'objectif a été utilisé avec le nouveau microscope Magus Bio 250TL doté d'un accessoire trinoculaire. La taille de l'image formée par ce système est limitée à 22 mm, c'est pourquoi un appareil photo a été utilisé pour la prise de vue. Sony NEX-3N avec une matrice au format APS-C, pas plein format Sony A7. Le microscope Magus Bio 250TL est fabriqué selon un schéma de compensation dans lequel les aberrations des lentilles fournies sont corrigées par l'oculaire, c'est-à-dire que la lentille tube (doublet achromatique) dans l'accessoire trinoculaire du microscope ne participe pas à la compensation de aberrations.

L'objectif L Plan 20 × 0.4 a une correction latérale entièrement aberration chromatique lui-même et forme donc l'image correcte lorsqu'il est utilisé avec le microscope sélectionné pour le test. Comme il sied à un planchromat, la lentille présente un champ plat avec de faibles niveaux d'astigmatisme et de coma dans un cercle de 22 mm.

Le principal inconvénient de cet objectif est le niveau le plus élevé d'aberrations sphérochromatiques. Bien que l'aberration sphérique pour la région verte soit très bien corrigée dans cet objectif, la partie des longueurs d'onde courtes de la plage de travail de l'appareil photo de 400 à 470 nm est extrêmement mal corrigée dans cet objectif, c'est pourquoi l'image est remplie de franges violettes. En conséquence, il s'avère que dans la zone centrale de l'image, l'achromat biologique le plus simple 20×0.4, qui coûte environ 5 à 10 fois moins cher, crée une image plus nette et plus contrastée que le L Plan 20×0.4, bien que la lentille biologique est dans le champ à cause d'un chromatisme latéral non corrigé bien pire.

Des images de micromètres d'objets de lumière réfléchie et transmise (division d'échelle 0.01 mm) sur le plan L 20 × 0.4 sont présentées ci-dessous.

Voici ensuite une photo utilisant un objectif biologique 20 × 0.4 160/0.17, sans utiliser de lamelle.

D'après mes observations, l'objectif fonctionne bien dans les cas où le rôle des rayons bleus dans la formation de l'image est minime : les cristaux jaunes sont obtenus sur la photo grâce à cet objectif mieux que les bleus, par exemple, en raison de différents degrés de correction de l'aberration sphérique pour différentes longueurs d'onde.

Il convient de noter que l'objectif a une faible profondeur de champ, il est donc fortement conseillé d'utiliser l'empilement lors de la prise de vue.

Voici des exemples de photographies prises Sony NEX-3N à travers un trinoculaire Magus Bio 250TL utilisant l'empilage.
Liste des objets : 1 – sulfure-disulfure de zirconium, 2 – oxalatocuprate de potassium, 3-4 – chlorure de chloropentaammine cobalt(III), 5-6 – pentafluoroperoxotitanate d'ammonium, 7-8 – chlorure de nickel hexaammine, 9 – tétrarodancocobaltate de potassium trihydraté, 10 – mandibules d'abeille ( microlame prête à l'emploi).

Ensuite - des exemples de photographies prises sur un Sony NEX-3N via un trinoculaire Magus Bio 250TL sans empilement.
Liste des objets : 1 – sulfure-disulfure de zirconium, 2 – oxalatocuprate de potassium, 3-4 – chlorure de chloropentaammine cobalt(III), 5-7 – pentafluoroperoxotitanate d'ammonium, 8-10 – chlorure de nickel hexaammine, 11 – tétrarodancocobaltate de potassium trihydraté, 12 – plume d'oiseau (microlame prête à l'emploi), 13 – pied de moustique (microlame finie), 14-15 – mandibules d'abeille (microlame finie).

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

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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/-

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1. Revue de l'objectif-planachromat microscopique L Plan 20x0.40 ∞/0 F=200 WD=12

résultats

L'objectif L Plan 20×0.4 a une distance de travail pratique et un champ bien corrigé, mais en raison de la correction extrêmement médiocre des aberrations sphérochromatiques, il est difficile à utiliser pour prendre des photos dans la plage spectrale habituelle. L'objectif est bien adapté aux instruments visuels et à la photographie dans le spectre limité de 470 à 650 nm.