Revisão da objetiva microscópica planacromata L Plan 20x0.40 ∞/0 F=200 WD=12

Material na lente especialmente para Radozhiva preparado Rodion Eshmakov.

Objetivas com fator de ampliação de 20x, via de regra, não estão incluídas no kit óptico padrão dos microscópios modernos, onde é preferido um conjunto de 4-10-40-100x. Lentes 20x, que ocupam uma posição limítrofe entre ópticas de média e alta ampliação, são adquiridas separadamente. No entanto, a lente L Plan 20/0.40 apresentada na análise com uma distância de trabalho aumentada (“metalográfica”) é padrão para o microscópio Raman portátil B&W Tek i-Raman Plus BAC151C, construído de acordo com o design de tubo “infinito”.

características técnicas

Design óptico – retrofocal, desconhecido;
Tipo de correção – plancromática;
Distância do tubo – infinito, calculada para lente tubular F=200 mm;
Fator de ampliação – 20x;
Abertura numérica – 0.4;
Distância focal - 10 mm;
Distância de trabalho – 12 mm;
Espessura do vidro de cobertura – 0 mm;
Lente de compensação – não;
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 o design de um microscópio com tubo “infinito”

Microscópios com o chamado tubo “infinito” substituíram sistemas clássicos antigos quando surgiu a necessidade de criar sistemas modulares que introduzissem novos elementos ópticos (filtros, prismas, divisores de feixe) no espaço entre a lente e a ocular do microscópio. Como se sabe, num feixe de luz convergente, a introdução de uma placa plano-paralela leva a uma diminuição da qualidade da imagem, enquanto num feixe paralelo não afeta as aberrações do sistema. Portanto, a grande maioria dos microscópios multifuncionais modernos são construídos de acordo com este esquema.

Lentes para sistemas de tubos “infinitos” não podem ser utilizadas sozinhas sem acessórios adicionais para obter microfotografias sem perda de qualidade. Na verdade, são cópias invertidas e reduzidas de lentes fotográficas comuns, projetadas para trabalhar no infinito: ou seja, o que era imagem para uma lente fotográfica, é um objeto para uma microlente. Para que uma micro lente infinita produza a melhor qualidade de imagem na escala correta, ela deve ser combinada com outra lente, geralmente chamada de lente tubular.

Uma “lente tubular” é (provavelmente) uma gíria para uma lente que foca um feixe paralelo de luz que emerge de uma microlente em um sensor de câmera ou ocular. Nos sistemas mais simples, projetados para um campo não superior a 22 mm, a lente tubular é projetada como um dupleto acromático com uma distância focal de 180-200 mm e uma abertura relativa de ~1:8-1:10. Neste caso, ao utilizar lentes convencionais com correção acromática sem variar a distância entre a lente e a lente do tubo, é proporcionado um nível de qualidade de imagem que é limitado pela qualidade da microlente. Se, pelo contrário, uma microlente tiver uma qualidade óptica muito elevada, grande abertura e campo, e também se for necessário aumentar a distância entre a lente do tubo e a lente (por exemplo, para instalar módulos adicionais), então o tubo a lente deve ter um design mais complexo. Por exemplo, alguns sistemas Nikon parecem usar pequenas lentes anastigmáticas como "Tair" 200/8 (WO2023120104A1) para melhor correção de esferocromatismo e astigmatismo na região de 430-650 nm, mas isso não é suficiente para funcionar em condições típicas de câmera. faixa de 400-700 nm com um tamanho de matriz de 36×24 mm.

O desenho de um microscópio com tubo infinito também pode ser composto por lentes fotográficas comuns. Para fazer isso, você precisa escolher uma lente de distância focal longa com cromatismo bem corrigido como uma lente tubular e uma lente de distância focal curta com correção muito boa. esferocromatismo como uma micro lente. Uma lente de foco longo deve ser montada diretamente na câmera e focada no infinito, enquanto uma lente de foco curto deve ser montada em uma posição reversa na frente da lente de foco longo. Neste caso, a ampliação será determinada como F (lente de longo alcance) ÷ F (lente de curto alcance).
Abaixo está um exemplo de tal sistema com ampliação de 2x e abertura numérica de 0.1 (o dobro do lentes 2x simples), composta por duas lentes planapocromáticas que contei para um estereomicroscópio - uma 90 mm f/4.5 e outra 180/4.5.

É importante notar que existem sistemas infinitos de compensação de distância do tubo onde a correção das aberrações da lente (principalmente aberrações cromáticas laterais) pode ser obtida na ocular ou na lente do tubo. Ou seja, o problema de escolha de lentes para fotografia ainda existe: nem todas as lentes para microscópios com tubo infinito são capazes de formar uma imagem de alta qualidade sem uma ocular ou lente tubular especialmente projetada para elas.

Construção da lente

A lente L Plan 20×0.4 é feita de latão niquelado. O peso da lente é bastante grande em comparação com acromatas 10×0.25 mais simples. A parte decorativa do corpo da lente, como de costume, não é fixa e pode ser torcida acidentalmente no lugar da própria lente ao tentar removê-la do microscópio.

A principal característica e principal vantagem da lente é a grande distância de trabalho de 12 mm, que permite um trabalho conveniente com amostras espessas e opacas de formato arbitrário, conforme necessário, por exemplo, na espectroscopia Raman. Devido à grande distância de trabalho, a lente é fabricada sem o uso de uma unidade de lente com mola.

A lente aparentemente possui um design óptico de retrofoco bastante complexo usando materiais modernos altamente refrativos - caso contrário, seria impossível atingir um nível aceitável de qualidade de imagem em uma distância de trabalho tão longa. De acordo com a análise de fluorescência de raios X (Bruker M1 Mistral), a lente frontal da lente é feita de pederneira pesada de lantânio com um índice de refração de ~1.75-1.8 e um número Abbe de ~49-40.

O vidro da lente, quando usado em um microscópio Raman (de onde foi retirado), muitas vezes forma um sinal de fundo ao registrar espectros, o que deve ser levado em consideração ao trabalhar com amostras de baixa reflexão.

As lentes objetivas possuem um revestimento antirreflexo multicamadas com destaque em verde. Este revestimento fornece um espectro de transmissão significativamente mais suave do que o usado em lentes biológicas baratas. O limite de transmissão de comprimento de onda curto desta lente é de ~ 370 nm, o que indica a influência dos materiais da lente usados ​​​​na lente (lantânio pesado e pedras de titânio-nióbio) na absorção na região azul do espectro.

Fotos da aparência da lente L Plan 20x0.4, inclusive em comparação com a lente biológica 20x0.4 160/0.17 mais simples, são fornecidas abaixo.

Qualidade de imagem

Para realizar testes e tirar fotografias, a lente foi utilizada com o novo microscópio Magus Bio 250TL com acessório trinocular. O tamanho da imagem formada por este sistema é limitado a 22 mm, portanto foi utilizada uma câmera para fotografar Sony NEX-3N com uma matriz de formato APS-C, não full frame Sony A7. O microscópio Magus Bio 250TL é feito segundo um esquema de compensação em que as aberrações das lentes fornecidas são corrigidas pela ocular, ou seja, a lente tubular (dupleto acromático) no acessório trinocular do microscópio não participa da compensação de aberrações.

A lente L Plan 20×0.4 possui lateral totalmente corrigida aberração cromática em si e, portanto, forma a imagem correta quando usado com o microscópio selecionado para teste. Como convém a um plancromático, a lente possui um campo plano com baixos níveis de astigmatismo e coma dentro de um círculo de 22 mm.

A principal desvantagem desta lente é o nível mais alto de aberrações esferocromáticas. Embora a aberração esférica para a região verde seja muito bem corrigida nesta lente, a parte de comprimento de onda curto da faixa de trabalho da câmera de 400-470 nm é extremamente mal corrigida nesta lente, razão pela qual a imagem está repleta de bordas roxas. Como resultado, verifica-se que na área central da imagem o acromático biológico mais simples 20×0.4, que custa ~5-10 vezes menos, cria uma imagem mais nítida e contrastante do que o Plano L 20×0.4, embora a lente biológica está em campo devido ao cromatismo lateral não corrigido muito pior.

Imagens de micrômetros de objetos de luz refletida e transmitida (divisão de escala 0.01 mm) no Plano L 20×0.4 são mostradas abaixo.

A seguir está uma foto usando lente biológica 20×0.4 160/0.17, sem usar lamela.

De acordo com minhas observações, a lente funciona bem nos casos em que o papel dos raios azuis na formação da imagem é mínimo: cristais amarelos são obtidos na foto através desta lente melhor do que os azuis, por exemplo, devido a diferentes graus de correção da aberração esférica para diferentes comprimentos de onda.

É importante notar que a lente possui uma profundidade de campo rasa, por isso é altamente recomendável usar o empilhamento ao fotografar.

A seguir estão exemplos de fotografias tiradas em Sony NEX-3N através de um trinocular Magus Bio 250TL usando empilhamento.
Lista de objetos: 1 - sulfeto-dissulfeto de zircônio, 2 - oxalatocuprato de potássio, 3-4 - cloreto de cloropentaammina cobalto (III), 5-6 - pentafluoroperoxotinato de amônio, 7-8 - cloreto de hexaammina níquel, 9 - tetrarodancocobaltato de potássio tri-hidratado, 10 - mandíbulas de abelha (pronto microlâmina).

Depois - exemplos de fotografias tiradas em uma Sony NEX-3N através de um trinocular Magus Bio 250TL sem empilhamento.
Lista de objetos: 1 - sulfeto-dissulfeto de zircônio, 2 - oxalatocuprato de potássio, 3-4 - cloreto de cloropentaammina cobalto (III), 5-7 - pentafluoroperoxotinato de amônio, 8-10 - cloreto de hexaammina níquel, 11 - tetrarodancocobaltato de potássio tri-hidratado, 12 - pena de pássaro (pronto microlâmina), 13 – pé de mosquito (microlâmina acabada), 14-15 – mandíbulas de abelha (microlâmina acabada).

Todas as análises de objetivas de microscópio padrão RMS com distância de tubo finita (160-190 mm):

Óptica moderna de fabricantes chineses:

1. 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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3. Óptica microscópica em uma câmera. Revisão da lente do microscópio Plan 4x0.1 160/0.17 (China, sem nome)
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5. Revisão e teste comparativo de acromático microscópico 20/0.40 160/0.17 (China, sem nome)
6. Revisão da lente do microscópio Planachromat Plan 20x0.4 160/0.17 (sem nome, China)

Avaliações de lentes soviéticas para microscópios:

1. Objetivas de microscópio 3.7x0.11 (OM-12), 4.7x0.11 (LOMO, Progress): revisão e teste
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5. LOMO Epi 9x0.2 (OE-9, adaptado)
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7. Revisão e teste do acromático microscópico OM-27 20x0.4 (Progress)
8. Revisão da lente de microscópio acromática LOMO 21×0.4 190-P (OM-8P)

Lentes Carl Zeiss:

1. Carl Zeiss Jena Semiplan 3.2/0.10 160/- (DIN)
2. Carl Zeiss Jena Semiplan 6.3/0.16 160/- (DIN)
3. Carl Zeiss Jena 10/0.30 160/-
4. Carl Zeiss Jena 40/0.65 160/0.17 (DIN)

Lentes de outros fabricantes:

1. Lambda 10/0,25 160/-

Todas as análises de lentes de microscópio para tubo infinito:

1. Revisão da objetiva microscópica planacromata L Plan 20x0.40 ∞/0 F=200 WD=12

Descobertas

A lente L Plan 20×0.4 possui uma distância de trabalho conveniente e um campo bem corrigido, mas devido à correção extremamente pobre de aberrações esferocromáticas, é difícil de usar para tirar fotografias na faixa espectral usual. A lente é adequada para instrumentos visuais e para fotografia no espectro limitado de 470-650 nm.