Óptica microscópica em uma câmera. Revisão da lente do microscópio Plan 4x0.1 160/0.17 (China, sem nome)

Material na lente especialmente para Radozhiva preparado Rodion Eshmakov.

Plano de lente 4×0.1 160/0.17 – ultra-econômico moderno (~ 10 $) lente de baixa ampliação (revisão) para os microscópios biológicos mais simples do padrão RMS (Royal Microscopical Society), feitos de acordo com o design clássico do início do século 160 (com tubo “final” de XNUMX mm). Lentes deste tipo podem ser usadas como lentes macro de escala fixa com câmeras digitais nos casos em que lentes fotográficas convencionais com acessórios adicionais não fornecem a qualidade de imagem necessária.

especificações:

Design óptico – não fornecido pelo fabricante;
Tipo de correção – plano-acromática;
Distância do tubo – 160 mm;
Fator de ampliação – 4x;
Abertura numérica (NA) – 0.1;
Distância focal - 30 mm;
Abertura relativa efetiva (1 ÷ 2 NA) – ~f/4;
Distância parfocal – 45 mm;
Distância de trabalho – 29 mm;
Espessura do vidro de cobertura – 0.17 mm;
É necessária imersão - não;
Tipo de montagem – padrão RMS (rosca 4/5” x 1/36”);
Características - lente microscópica, não possui diafragma de íris e mecanismo de foco.

Sobre a estrutura de um microscópio clássico

A história da óptica moderna, pode-se dizer, começou com o aperfeiçoamento das lentes microscópicas: o trabalho Ernesto Abbé, um dos fundadores da óptica como ciência, inicialmente teve como objetivo específico a criação de microscópios de alta qualidade para a empresa A Carl Zeiss, bem como as conquistas de um tecnólogo químico Otto Schotta, que deu origem à moderna ciência da fusão do vidro e dos materiais ópticos.

Microscópios com distância finita do tubo se difundiram desde o final do século XIX e foram substituídos por sistemas com tubo “infinito” na segunda metade do século XX apenas nas áreas onde a modularidade do sistema óptico é necessária para uso com vários acessórios: polarizadores, luminescentes e outros. Hoje, tais microscópios, sendo muito simples de fabricar, são utilizados principalmente como microscópios educacionais ou infantis, embora em meados do século XX também existissem microscópios de pesquisa complexos construídos de acordo com o projeto com tubo finito. Uma lente de microscópio deste tipo forma uma imagem de um objeto a uma distância finita sem a ajuda de quaisquer elementos ópticos adicionais (lente tubular - em microscópios com tubo “infinito”). Uma matriz de câmera (para fotografar com foco direto) ou uma ocular (para observação visual) pode ser colocada no plano da imagem. Existem também dispositivos para fotografar através de uma ocular, o que faz algum sentido em alguns casos, mas esta abordagem não é considerada no âmbito deste artigo.

A distância do plano da imagem à lente determina a ampliação (quanto maior a distância, maior a ampliação), mas para atingir um nível de qualidade aceitável, o desvio desta distância em relação à calculada não deve ser muito grande (±1 -2 cm para lentes de ampliação <10x). Por que é que? Basta dar uma olhada mais de perto no diagrama esquemático do microscópio. Não é difícil notar uma certa semelhança entre esta imagem e, digamos, uma imagem com alguma típica lente de foco longo focada a uma distância finita - apenas o objeto e a imagem já trocaram de lugar.

É um fato bem conhecido: as lentes fotográficas comuns são ajustadas durante o cálculo de forma que sua qualidade seja melhor ao focar no infinito. Sem o uso de técnicas especiais de design, a qualidade da imagem cai inevitavelmente ao focar em distâncias curtas, ou seja, o desempenho de uma lente fotográfica convencional é afetado pela escala de imagem em que ela é utilizada. O mesmo acontece com a microóptica: deve ser utilizada na escala para a qual foi calculada, ou seja, na distância calculada do tubo - a distância do plano da imagem ao fio de fixação da lente ao microscópio. A grande maioria das lentes com tubo final são fabricadas a uma distância de 160 ou 190 mm.

A distância parfocal da objetiva de um microscópio é a distância da montagem ao objeto. Este parâmetro não é tão importante para o usuário quanto para o projetista: afinal, é a distância parfocal que determina quanto tempo pode durar o desenho óptico da lente. As limitações nas dimensões do design óptico têm um impacto significativo na qualidade da imagem das lentes de maior desempenho, alta ampliação e alta abertura numérica (NA). Os microscópios mais simples têm uma distância de lente parfocal de 45 mm, enquanto os sistemas mais complexos de nível de pesquisa têm 65 ou até 80 mm.

O que importa é a distância de trabalho da lente - ou seja, a distância da frente do corpo ao objeto. Isso determina a facilidade de uso da lente: se a distância de trabalho for grande, é mais fácil iluminar o objeto e há menos chance de danificar a lente frontal da lente. As lentes instrumentais, metalográficas e algumas outras especializadas têm as maiores distâncias de trabalho, enquanto as biológicas costumam, ao contrário, ter distâncias de trabalho curtas (com uma ampliação superior a 10x), pois com a ajuda delas examinam apenas objetos planos, e, como via de regra, sob uma lamela, cuja espessura também está incluída no cálculo da lente, pois a lamela afeta a correção das aberrações de campo. Entretanto, para lentes de baixa ampliação (até 10x) isso geralmente não é tão importante.

O tamanho da imagem formada geralmente é limitado pelo diâmetro da sede ocular do microscópio. Para os sistemas de tubo final em questão, este é um ajuste suave de 23.2 mm, portanto, ao fotografar com foco direto através de um microscópio, a vinheta pode ser observada mesmo com matrizes de formato APS-C.

A óptica do microscópio é classificada de acordo com o tipo de correção de aberrações cromáticas e curvatura de campo. Existem acromatas, semi-apocromatas (utilizando materiais do tipo fluorita) e apocromatas (correção de cromatismo em ampla faixa de comprimentos de onda) - de acordo com o tipo de correção de cromatismo, que pode, por sua vez, ser com curvatura de campo corrigida - ou seja , planeje lentes.

As lentes para microscópios, independentemente da distância do tubo, são sistemas de um, dois ou três componentes. O primeiro componente, que pode estar faltando nas lentes de baixo consumo, é um poderoso sistema convergente, geralmente na forma de uma lente hemisférica, simples ou múltipla. Este componente não tem significado diferente do acelerador de velocidade em lentes fotográficas. O segundo componente da lente fornece correção de aberrações, em alguns casos é o único. Muitas vezes este componente pode ser concebido como uma lente Petzval ou Richter, mas esquemas do tipo “duplo Gaussiano” (“Planar”) também são usados. O terceiro componente, geralmente presente em lentes planas de média e alta ampliação, é um corretor de curvatura de campo e astigmatismo, e muitas vezes é feito em forma de menisco, como lentes Maksutova ou lentes Tair.

Os designs ópticos das lentes de alta ampliação lembram lentes ultrarrápidas, como Carl Zeiss R-Biotar, Astro Berlin Tachon e outras – com valores de abertura incríveis de ~F/1.0 e um segmento traseiro curto. Lentes de pequenas e médias ampliações são mais semelhantes em design à óptica convencional de projeção de filme, por exemplo - uma lente KO-90 90/1.9 (LOMO soviética 8×0.2, 9×0.2). As lentes de ampliação mais baixa (até 4x) podem ser construídas como lentes longas/telefoto típicas.

O principal problema na busca por lentes de microscópio para fotografia de foco direto é o princípio da compensação mútua da lente e da ocular, que era amplamente utilizado em microscópios mais antigos com uma distância finita do tubo para simplificar o design das oculares e das objetivas, especialmente em grandes ampliações. . Existe uma lista muito pequena de lentes antigas adequadas para uso com câmera com foco direto (ou seja, sem sistemas ópticos de compensação, oculares especiais) e, via de regra, são lentes com ampliação de até 10x. Entre elas, por exemplo, estão as lentes LOMO Plan 3.5×0.1, Achromat 3.7×0.11, Achromat 8×0.2 (a lente de microscópio mais comum em geral), Plan 9×0.2. A grande maioria das lentes Apo, Plan-Apo, 20x e maiores são projetadas para uso com uma ocular de compensação e no foco direto apresentam um nível muito alto de esferocromatismo, aberrações de campo e cromatismo lateral. A ausência de qualquer informação sistemática sobre o design e os parâmetros das lentes dos microscópios torna especialmente urgente a busca por alternativas modernas às ópticas antigas - afinal, as novas lentes não são mais consideradas equivalentes aos antigos sistemas de compensação. Porém, nem tudo é tão simples com a ótica chinesa: no mesmo corpo e com o mesmo nome podem haver lentes com níveis de qualidade completamente diferentes. De uma forma ou de outra, o Plano 4x0.1 160/0.17 é uma alternativa ao antigo LOMO soviético 3.7x0.11 e ao Plano 3.5x0.1, que pode ser adquirido completamente novo, não usado e muitas vezes mais barato.

Planeje o design e a adaptação de lentes 4×0.1 para câmeras

A lente é feita em um corpo metálico, composto por uma capa removível de alumínio, que funciona como um para-sol e dá a aparência da lente, e, de fato, um bloco de lente feito de latão cromado. A desvantagem do design é que a parte externa do corpo não apresenta escurecimento e, como você sabe, um para-sol brilhante é de pouca utilidade. Felizmente, isso pode ser facilmente corrigido com pincel e tinta preta. Outro problema é a falta de fixação da capa da lente no corpo. Ao desparafusar a lente de um microscópio, a camisa geralmente é desparafusada primeiro e depois é necessário agarrar a própria lente. Importante: a lente vem em duas versões externas: com capa de alumínio anodizado (apresentada neste artigo) e com capa de latão cromado. Opticamente, estas são as mesmas lentes. Também importante: há evidências da existência de lentes Plan 4×0.1 160/0.17 que são semelhantes em aparência, mas opticamente diferentes (para pior).

Cada uma das superfícies ópticas da lente possui um revestimento anti-reflexo roxo. Nem todo mundo é velho lentes soviéticas têm iluminação e, se tiverem, é extremamente raro que a primeira lente também tenha. O escurecimento do espaço dentro do bloco da lente entre as lentes é bastante medíocre.

De acordo com a análise de fluorescência de raios X, a lente frontal da lente é feita de vidro tipo sílex de lantânio (n ~ 1.75-1.8, v ~ 50-45): picos de lantânio, gadolínio, ítrio, nióbio e zinco são detectados em o espectro. O zircônio nos espectros é um artefato instrumental.

O elemento da lente traseira é feito de vidro coroa pesado (n ~ 1.59-1.64, v ~ 61 - 57), conforme evidenciado pelos picos de bário, estrôncio e zinco.

É provável que, se eu desmontasse a lente, a lente intermediária ou grupo de lentes conteria pederneira pesada, já que deve haver pelo menos uma lente de alta dispersão no design.

Como você pode ver, a lente 4x0.1 barata é feita com materiais bastante modernos, dos quais, por exemplo, pederneiras de lantânio não estavam disponíveis na URSS. Em outras palavras, esta lente é fabricada em um nível tecnológico superior ao de suas contrapartes soviéticas.

A aparência do Plano 4×0.1 160/0.17 é mostrada na foto abaixo. A lente é muito compacta em tamanho, muito menor do que qualquer lente fotográfica.

Para usar a lente com câmeras modernas, você pode comprar um adaptador como RMS-M42 com um conjunto de macro anéis para atingir o comprimento necessário do tubo ou, o que é mais conveniente, converter algum microscópio barato para fotografia. Então, ganhei um microscópio NPZ M10 das décadas de 1940-1950, que não era reclamado no laboratório, no qual a ocular padrão com tubo retrátil foi substituída por mim por uma unidade fixa, que permite que o microscópio seja usado para observações visuais através de oculares de campo amplo de estereomicroscópios MBS (ajuste de 32 mm) e telescópios (ajuste de 1.25”) e para fotografia com foco direto. Da mesma forma, refiz o Biolam S11 soviético para uso em uma oficina de treinamento.

Ao usar um microscópio convertido, é conveniente ter um mecanismo de foco, uma platina e um iluminador de luz transmitida. Aliás, a luz para microfotografia é quase o mais importante. eu usei poderoso iluminador LED de dois pontos como este para fornecer iluminação em luz refletida, transmitida ou simultaneamente refletida e transmitida.

Propriedades ópticas

A lente Plan 4×0.1 demonstra boa qualidade de imagem: as aberrações esféricas são bem corrigidas na região central (embora devido à compensação mútua) e a resolução é limitada apenas pela cromaticidade; em todo o campo, mesmo além da curvatura calculada e o astigmatismo são pequenos, bem corrigidos e laterais aberração cromática. É muito difícil encontrar falhas na qualidade de uma lente que custa US$ 10 quando as alternativas, mesmo que nem sempre sejam de melhor qualidade, são mais caras.

A lente funciona bem mesmo com um comprimento de tubo de até 200 mm - neste caso, a ampliação torna-se maior, assim como a moldura coberta.

O contraste da imagem formada depende fortemente da qualidade do escurecimento do tubo. O escurecimento do para-sol também tem efeito, é claro. Após as modificações necessárias, o Plano 4×0.1 demonstra um nível de contraste bastante bom e praticamente não obscurece a luz transmitida.

A transmissão de luz da lente também não levanta dúvidas: o revestimento anti-reflexo (aparentemente de uma ou duas camadas) reflete apenas levemente as regiões vermelha e violeta do espectro, proporcionando transmissão máxima na região verde. O limite de transmissão de comprimento de onda curto da lente é 350 nm.

A seguir estão exemplos de fotografias tiradas no Plano 4×0.1 160/0.17 usando um microscópio M10 e uma câmera Sony A7s com comprimento de tubo de 160 a 200 mm. Utilizei a lente para fotografar cristais de compostos obtidos num workshop de formação de alunos do 1º ano da Faculdade de Química e outros. Aos interessados, indicação das substâncias: 1) molibdocromato de amônio(III), 2) molibdato piezocrômico de cobalto (II), 3) complexo cubano luminescente Cu4I4(C5H5N)4, 4) solvato de acetilacetonato de ferro (III) com clorofórmio em uma ampola, 5) e 6) trisoxalatocromato tri-hidratado de potássio, 7) intercrescimento de cristais de acetilacetonato de manganês (III), 8) e 9) acetalacetonato de vanadil, 10) sulfeto-dissulfeto de zircônio .

É claro que a profundidade de campo, mesmo com essa lente, é bastante pequena e o empilhamento, em alguns casos, torna-se uma boa solução. Abaixo estão exemplos de fotos feitas com empilhamento no Photoshop. Indicação dos compostos: 1) molibdocromato de amônio(III), 2) acetilacetonato de cromo(III), 3) sulfato de cromo(II)-hidrazínio, 4) complexo de cloreto de cobalto(II) com tioureia, 5) tetrarodancobaltato de potássio, 6) e 7) bisoxalatocuprato di-hidratado de potássio, 8) trisoxalatoferrato (III) tri-hidratado de potássio, 9) hexarodanoniclato hidratado de potássio, 10) e 11) acetilacetonato de manganês (III), 12) sal de Reinecke, 13) sulfeto-dissulfeto de zircônio, 14) derivado de tiocianato de cluster acetato de cromo( II) com tetraetilamônio, 15) hexarodanocromato de potássio.

Todas as análises de lentes de microscópio padrão RMS com distância de tubo de 160 mm:

Óptica moderna de fabricantes chineses:

• Revisão da lente de baixa ampliação 2/0.05 160/- (sem nome, China). Problemas de construção de lentes de baixa ampliação para microscópios
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Avaliações de lentes soviéticas para microscópios:

• LOMO Epi 9x0.2 (adaptado)
• LOMO 10x0.4 L (OM-33L) - modificação e teste
• Revisão da lente de microscópio acromática LOMO 21×0.4 190-P (OM-8P)

 

Descobertas

Plano acromático chinês muito, muito barato 4×0.1 160/0.17 Acabou sendo uma excelente solução pelo dinheiro para a obtenção de micrografias de baixa ampliação. A lente lida com a tarefa muito melhor do que as lentes fotográficas convencionais com anéis macro. Outra grande vantagem é que você pode comprar esta lente completamente nova. Por outro lado, há informações sobre a existência de “gêmeos malignos” de baixa qualidade dessa lente, feitos de acordo com um design diferente: é importante navegar pela posição das lentes no corpo (ao longo do comprimento da óptica design) no momento da compra.

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