Microscopische optica op een camera. Review van microscooplens Plan 4x0.1 160/0.17 (China, geen naam)

Materiaal op de lens speciaal voor Radozhiva bereid Rodion Eshmakov.

Lensplan 4×0.1 160/0.17 – modern ultrabudget (~ 10 $) laag vergrotende (review)lens voor de eenvoudigste biologische microscopen van de RMS (Royal Microscopical Society) standaard, gemaakt volgens het klassieke ontwerp van begin 160e eeuw (met een “eind” buis van XNUMX mm). Lenzen van dit type kunnen worden gebruikt als macrolenzen met vaste schaal bij digitale camera's in gevallen waarin conventionele fotografische lenzen met extra accessoires niet de vereiste beeldkwaliteit bieden.

Specificaties:

Optisch ontwerp – niet geleverd door de fabrikant; waarschijnlijk gebaseerd op "Triplet" van G. Taylor;
Type correctie – plan-achromat;
Buisafstand – 160 mm;
Vergrotingsfactor – 4x;
Numerieke opening (NA) – 0.1;
Brandpuntsafstand (buislengte ÷ vergroting) – 40 mm;
Effectief relatief diafragma (1 ÷ 2 NA) – f/5;
Parfocale afstand – 45 mm;
Werkafstand – 29 mm;
Dikte afdekglas – 0.17 mm;
Onderdompeling vereist - nee;
Montagetype – RMS-standaard (4/5” x 1/36” draad);
Kenmerken - microscopische lens, heeft geen irisdiafragma en een focusmechanisme.

Over de structuur van een klassieke microscoop

Je zou kunnen zeggen dat de geschiedenis van de moderne optica begon met de verbetering van microscopische lenzen: het werk Ernst Abbe, een van de grondleggers van de optica als wetenschap, was aanvankelijk specifiek gericht op het maken van hoogwaardige microscopen voor het bedrijf Carl Zeiss, evenals de prestaties van een chemisch technoloog Otto Schotta, wat aanleiding gaf tot het moderne glassmelten en de wetenschap van optische materialen.

Microscopen met een eindige buisafstand zijn sinds het einde van de 19e eeuw wijdverspreid geworden en werden in de tweede helft van de 20e eeuw alleen vervangen door systemen met een “oneindige” buis in die gebieden waar modulariteit van het optische systeem vereist is voor gebruik met verschillende hulpstukken: polariserend, lichtgevend en andere. Tegenwoordig worden dergelijke microscopen, die zeer eenvoudig te vervaardigen zijn, voornamelijk gebruikt als onderwijs- of kindermicroscopen, hoewel er in het midden van de 20e eeuw ook complexe onderzoeksmicroscopen werden gebouwd volgens het ontwerp met een eindige buis. Een dergelijke microscooplens vormt een beeld van een object op eindige afstand zonder hulp van eventuele extra optische elementen (buislens - bij microscopen met een “oneindige” buis). In het beeldvlak kan een cameramatrix (voor fotograferen met directe focus) of een oculair (voor visuele observatie) worden geplaatst. Er zijn ook apparaten waarmee je door een oculair kunt fotograferen, wat in sommige gevallen zinvol is, maar deze aanpak valt buiten de reikwijdte van dit artikel.

De afstand van het beeldvlak tot de lens bepaalt de vergroting (hoe groter de afstand, hoe groter de vergroting), maar om een ​​acceptabel kwaliteitsniveau te bereiken mag de afwijking van deze afstand ten opzichte van de berekende afstand niet te groot zijn (±1 -2 cm voor vergrotingslenzen <10x). Waarom is dat? Kijk maar eens goed naar het schematische diagram van de microscoop. Het is niet moeilijk om een ​​zekere gelijkenis op te merken tussen deze foto en bijvoorbeeld een foto met een typische lens met lange focus, scherpgesteld op een eindige afstand - alleen het object en de afbeelding zijn al van plaats gewisseld.

Het is een bekend feit: gewone fotografische lenzen worden tijdens de berekening zo afgesteld dat hun kwaliteit het beste is bij scherpstelling op oneindig. Zonder het gebruik van speciale ontwerptechnieken neemt de beeldkwaliteit onvermijdelijk af bij het scherpstellen op korte afstanden, dat wil zeggen dat de prestaties van een conventionele fotografische lens worden beïnvloed door de beeldschaal waarop deze wordt gebruikt. Hetzelfde geldt voor micro-optica: deze moet worden gebruikt op de schaal waarvoor deze is berekend, dat wil zeggen op de berekende buisafstand - de afstand van het beeldvlak tot de draad waarmee de lens aan de microscoop wordt bevestigd. De overgrote meerderheid van lenzen met een eindbuis worden gemaakt op een afstand van 160 of 190 mm.

De parfocale afstand van een microscoopobjectief is de afstand van de houder tot het object. Deze parameter is voor de gebruiker niet zo belangrijk als voor de ontwerper: het is immers de parfocale afstand die bepaalt hoe lang het optische ontwerp van de lens kan zijn. Beperkingen op het gebied van optische ontwerpafmetingen hebben een aanzienlijke invloed op de beeldkwaliteit van de krachtigste lenzen met een hoge vergroting en een hoog numeriek diafragma (NA). De eenvoudigste microscopen hebben een parfocale lensafstand van 45 mm, terwijl complexere systemen van onderzoekskwaliteit 65 of zelfs 80 mm hebben.

Waar het om gaat is de werkafstand van de lens, dat wil zeggen de afstand van de voorkant van het lichaam tot het object. Dit bepaalt het gebruiksgemak van de lens: als de werkafstand groot is, is het gemakkelijker om het object te verlichten en is er minder kans op beschadiging van de frontlens van de lens. Instrumentele, metallografische en enkele andere gespecialiseerde lenzen hebben de grootste werkafstanden, terwijl biologische lenzen meestal juist korte werkafstanden hebben (bij een vergroting van meer dan 10x), omdat ze met hun hulp alleen platte voorwerpen onderzoeken, en, zoals een regel, onder een dekglas, waarvan de dikte ook wordt meegenomen in de berekening van de lens, aangezien het dekglas invloed heeft op de correctie van veldafwijkingen. Voor lenzen met een lage vergroting (tot 10x) is dit echter meestal niet zo belangrijk.

De grootte van het gevormde beeld wordt gewoonlijk beperkt door de diameter van de oculairzitting van de microscoop. Voor de eindbuissystemen in kwestie is dit een gladde pasvorm van 23.2 mm, dus bij opnamen met directe focus door een microscoop kan vignettering worden waargenomen, zelfs met matrices in APS-C-formaat.
Microscoopoptiek wordt geclassificeerd op basis van het type correctie van chromatische aberraties en veldkromming. Er zijn achromaten, semi-apochromaten (waarbij gebruik wordt gemaakt van fluorietachtige materialen) en apochromaten (correctie van chromatisme in een breed scala aan golflengten) - afhankelijk van het type chromatismecorrectie, die op zijn beurt kan plaatsvinden met gecorrigeerde veldkromming - dat wil zeggen , planlenzen.

Lenzen voor microscopen zijn, ongeacht de buisafstand, één-, twee- of driecomponentensystemen. Het eerste onderdeel, dat mogelijk ontbreekt bij lenzen met een laag vermogen, is een krachtig convergerend systeem, meestal in de vorm van een halfbolvormige lens, enkelvoudig of meervoudig. Dit onderdeel verschilt qua betekenis niet van de snelheidsversterker in fotografische lenzen. Het tweede onderdeel van de lens zorgt voor correctie van aberraties, in sommige gevallen is dit de enige. Vaak kan dit onderdeel als lens worden uitgevoerd Petzval of Richter, maar er worden ook schema's van het type 'dubbel Gauss' ('Planar') gebruikt. Het derde onderdeel, dat gewoonlijk aanwezig is in lenzen met gemiddelde en hoge vergroting, is een veldkromming- en astigmatismecorrector, en wordt vaak gemaakt in de vorm van een meniscus, zoals lenzen Maksutova of lenzen Tair.

De optische ontwerpen van lenzen met een hoge vergroting doen denken aan ultrasnelle lenzen zoals Carl Zeiss R-Biotar, Astro Berlin Tachon en anderen - met ongelooflijke diafragmawaarden van ~F/1.0 en een kort achtersegment. Lenzen met kleine en middelgrote vergrotingen lijken qua ontwerp meer op conventionele filmprojectie-optica, bijvoorbeeld een lens KO-90 90/1.9 (Sovjet-LOMO 8 × 0.2, 9 × 0.2). De lenzen met de laagste vergroting (tot 4x) kunnen worden gebouwd als typische, eenvoudige standaard fotografische lenzen Drieling, tessar etc.

Het belangrijkste probleem bij het zoeken naar microscooplenzen voor fotografie met directe focus is het principe van wederzijdse compensatie van lens en oculair, dat veel werd gebruikt in oudere microscopen met een eindige buisafstand om het ontwerp van zowel oculairs als objectieven te vereenvoudigen, vooral bij hoge vergrotingen. . Er is een zeer kleine lijst met oude lenzen die geschikt zijn voor gebruik met een camera met directe focus (dat wil zeggen zonder compenserende optische systemen, speciale oculairs), en in de regel zijn dit lenzen met een vergroting tot 10x. Daartoe behoren bijvoorbeeld LOMO Plan 3.5×0.1 lenzen, Achromat 3.7×0.11, Achromat 8×0.2 (de meest voorkomende microscooplens in het algemeen), Plan 9×0.2. De overgrote meerderheid van de Apo-, Plan-Apo-, 20x- en grotere lenzen zijn ontworpen voor gebruik met een compensatieoculair en hebben bij directe focus een zeer hoog niveau van sferochromatisme, veldafwijkingen en lateraal chromatisme. Het ontbreken van enige systematische informatie over het ontwerp en de parameters van microscooplenzen maakt de zoektocht naar moderne alternatieven voor oude optica bijzonder urgent - nieuwe lenzen worden immers niet langer beschouwd als gelijkwaardig aan oude compensatiesystemen. Niet alles is echter zo eenvoudig met Chinese optica: in dezelfde body en onder dezelfde naam kunnen er lenzen zijn met totaal verschillende kwaliteitsniveaus. Op de een of andere manier is Plan 4x0.1 160/0.17 een alternatief voor de oude Sovjet LOMO 3.7x0.11 en Plan 3.5x0.1, die volledig nieuw, ongebruikt en vaak goedkoper kunnen worden gekocht.

Plan 4×0.1 lensontwerp en aanpassing voor camera's

De lens is gemaakt in een metalen behuizing, bestaande uit een verwijderbare aluminium omhulling, die als kap fungeert en het uiterlijk van de lens vormt, en in feite een lensblok van verchroomd messing. Het nadeel van het ontwerp is dat het buitenste lichaamsdeel geen enkele zwarting vertoont en, zoals u weet, een glanzende zonnekap weinig nut heeft. Gelukkig is dit eenvoudig op te lossen met een penseel en zwarte verf. Een ander probleem is het gebrek aan fixatie van de lensmantel op de body. Bij het losschroeven van de lens van een microscoop wordt vaak eerst het shirt losgeschroefd, en dan moet je de lens zelf pakken. Belangrijk: de lens is verkrijgbaar in twee externe versies: met een omhulsel van geanodiseerd aluminium (gepresenteerd in dit artikel) en met een omhulsel van verchroomd messing. Optisch is dit dezelfde lens. Ook belangrijk: er is bewijs voor het bestaan ​​van Plan 4×0.1 160/0.17 lenzen die qua uiterlijk vergelijkbaar zijn maar optisch verschillend (ten kwade).

Elk van de optische oppervlakken van de lens heeft een paarse antireflectiecoating. Niet iedereen is oud Sovjet lenzen hebben verlichting, en als dat zo is, is het uiterst zeldzaam dat de eerste lens dat ook doet. De zwarting van de ruimte in het lensblok tussen de lenzen is vrij middelmatig.

Volgens röntgenfluorescentieanalyse is de voorste lens van de lens gemaakt van lanthaan-flintglas (n ~ 1.75-1.8, v ~ 50-45): pieken van lanthaan, gadolinium, yttrium, niobium en zink worden gedetecteerd in het spectrum. Zirkonium in de spectra is een instrumenteel artefact.

Het achterste lenselement is gemaakt van zwaar kroonglas (n ~ 1.59-1.64, v ~ 61 – 57), zoals blijkt uit barium-, strontium- en zinkpieken.

Het is waarschijnlijk dat als ik de lens uit elkaar zou halen, de middelste lens of groep lenzen zware vuursteen zou bevatten, aangezien er minstens één lens met hoge dispersie in het ontwerp moet zitten.

Zoals je kunt zien, is de goedkope 4x0.1-lens gemaakt van redelijk moderne materialen, waarvan bijvoorbeeld lanthaanvuurstenen niet verkrijgbaar waren in de USSR. Met andere woorden: deze lens is op een hoger technologisch niveau gemaakt dan zijn Sovjet-tegenhangers.

Het uiterlijk van Plan 4×0.1 160/0.17 is te zien op onderstaande foto. De lens is zeer compact van formaat, veel kleiner dan welke fotografische lens dan ook.

Om de lens met moderne camera's te gebruiken, kunt u een adapter zoals deze aanschaffen RMS-M42 met een set macroringen om de vereiste lengte van de buis te bereiken, of, wat handiger is, een goedkope microscoop ombouwen voor fotografie. Zo kreeg ik een NPZ M10-microscoop uit de jaren 1940-1950, niet geclaimd in het laboratorium, waarbij het standaard oculair met een intrekbare buis door mij werd vervangen door een vaste eenheid, waardoor de microscoop kan worden gebruikt voor visuele observaties door brede hoeken. -veldoculairs van MBS-stereomicroscopen (geschikt voor 32 mm) en telescopen (geschikt voor 1.25 inch), en voor fotografie met directe focus. Op dezelfde manier heb ik de Sovjet Biolam S11 opnieuw gemaakt voor gebruik in een trainingsworkshop.

Wanneer u een omgebouwde microscoop gebruikt, is het handig om over een focusseringsmechanisme, een tafel en een doorvallend licht-verlichting te beschikken. Trouwens, licht voor microfotografie is bijna het belangrijkste. ik gebruikte krachtige LED-tweepuntsverlichting zoals deze het verschaffen van verlichting in gereflecteerd, doorgelaten of gelijktijdig gereflecteerd en doorgelaten licht.

Optische eigenschappen

De Plan 4×0.1-lens laat een goede beeldkwaliteit zien: sferische aberraties worden goed gecorrigeerd in het centrale gebied (hoewel door wederzijdse compensatie) en de resolutie wordt alleen beperkt door kleurkwaliteit; over het hele veld, zelfs voorbij de berekende kromming en astigmatisme zijn klein, goed gecorrigeerd en lateraal chromatische aberratie. Het is heel moeilijk om iets aan te merken op de kwaliteit van een lens die €10 kost, terwijl alternatieven, ook al zijn ze niet altijd van betere kwaliteit, duurder zijn.

De lens presteert goed, zelfs met een buislengte tot 200 mm - in dit geval wordt de vergroting groter, evenals het afgedekte frame.

Het contrast van het gevormde beeld hangt sterk af van de kwaliteit van de zwarting van de buis. Het zwart worden van de zonnekap heeft uiteraard ook effect. Na de vereiste aanpassingen vertoont Plan 4×0.1 een redelijk goed contrastniveau en versluiert het praktisch niet in doorvallend licht.

Ook de lichttransmissie van de lens roept geen vragen op: de antireflectiecoating (blijkbaar één- of tweelaags) reflecteert de rode en violette delen van het spectrum slechts in geringe mate, waardoor maximale transmissie in het groene gebied ontstaat. De transmissielimiet voor de korte golflengte van de lens is 350 nm.

Hieronder volgen voorbeelden van foto's gemaakt met Plan 4×0.1 160/0.17 met behulp van een M10-microscoop en een Sony A7s-camera met een buislengte van 160 tot 200 mm. Ik gebruikte de lens om kristallen van verbindingen te fotograferen die waren verkregen tijdens een trainingsworkshop door onder meer eerstejaarsstudenten van de Faculteit Scheikunde. Voor de geïnteresseerden een indicatie van de stoffen: 1) ammoniummolybdochromaat(III), 1) piëzochroom kobalt(II)molybdaat, 3) luminescerend Cubaans complex Cu4I4(C5H5N)44) solvaat van ijzer(III)acetylacetonaat met chloroform in een ampul, 5) en 6) kaliumtrisoxalatochromaattrihydraat, 7) vergroeiing van mangaan(III)acetylacetonaatkristallen, 8) en 9) vanadylacetalacetonaat, 10) zirkoniumsulfide-disulfide .

Uiteraard is de scherptediepte zelfs met een dergelijke lens vrij klein en is stapelen in sommige gevallen een goede oplossing. Hieronder staan ​​voorbeelden van foto's gemaakt met stapelen in Photoshop. Indicatie van verbindingen: 1) ammoniummolybdochromaat(III), 2) chroom(III)acetylacetonaat, 3) chroom(II)-hydraziniumsulfaat, 4) chloride van kobalt(II)complex met thioureum, 5) kaliumtetrarodankobaltaat, 6) en 7) kaliumbisoxalatocupraatdihydraat, 8) kaliumtrisoxalatoferraat(III)trihydraat, 9) kaliumhexarodanonickelaathydraat, 10) en 11) mangaan(III)acetylacetonaat, 12) Reinecke's zout, 13) zirkoniumsulfide-disulfide, 14) thiocyanaatderivaat van cluster chroomacetaat (II) met tetraethylammonium, 15) kaliumhexarodanochromaat.

Alle reviews van RMS standaard microscooplenzen met een buisafstand van 160 mm:

Moderne optica van Chinese fabrikanten:

• Review van de lens met lage vergroting 2/0.05 160/- (geen naam, China). Problemen bij het construeren van lenzen met een lage vergroting voor microscopen
• 4x0.1 160/0.17 achromat (China, geen naam)
• Microscopische optica op een camera. Review van microscooplens Plan 4x0.1 160/0.17 (China, geen naam)
• 10x0.25 160/0.17 achromat (China, geen naam) - modificatie en test
• Review van de Planachromat-microscooplens Plan 20x0.4 160/0.17 (geen naam, China)

Recensies van Sovjet-lenzen voor microscopen:

• LOMO Epi 9x0.2 (aangepast)
• LOMO 10x0.4 L (OM-33L) - modificatie en test
• Herziening van achromatische microscooplens LOMO 21×0.4 190-P (OM-8P)

 

Bevindingen

Zeer, zeer goedkoop Chinees achromatisch plan 4×0.1 160/0.17 Het bleek voor het geld een uitstekende oplossing voor het maken van microfoto's met een lage vergroting. De lens kan deze taak veel beter aan dan conventionele fotografische lenzen macroringen. Een ander groot pluspunt is dat je deze lens compleet nieuw kunt aanschaffen. Aan de andere kant is er informatie over het bestaan ​​van "evil twins" van lage kwaliteit van deze lens, gemaakt volgens een ander ontwerp: het is belangrijk om te navigeren op basis van de positie van de lenzen in de body (langs de lengte van de optische lens). ontwerp) bij aankoop.

U vindt meer beoordelingen van lezers van Radozhiva hier и hier.