Микрофотография

Rolf Vossen

С появлением цифровых камер микрофотография стала намного проще. Теперь можно делать неограниченное количество снимков и сразу же просматривать результаты . Это открывает гораздо больше возможностей для оптимизации настроек фотосъемки и освещения . Хороший снимок начинается с хорошо оптимизированного освещения , и об этом говорят не раз. Это менее актуально, если используется простая компактная камера или дорогая зеркальная фотокамера. Кроме того, не обязательно оснащать микроскоп объективами с максимальной коррекцией, такими как план-апохроматы. Хорошее освещение важнее всего для получения качественного изображения , полученного с помощью микроскопа .

Микрофотография существенно отличается от макрофотографии. Микрофотография идёт гораздо дальше, и для получения хороших микроскопических снимков необходимы некоторые знания о микроскопии. При микрофотографии микроскоп, а не камера, является самым важным инструментом. Микрофотография — это не только создание красивых фотографий, но и их содержание, а также сбор знаний и информации. Поэтому менее качественный снимок, сделанный с помощью микроскопа, не обязательно должен быть менее ценным. В этом разделе я рассмотрю некоторые возможности фотосъёмки с помощью микроскопа и то, что для этого требуется.

Конечная оптика и бесконечная оптика

Различают микроскопы с «конечной» оптикой и микроскопы с «бесконечной» оптикой . В случае конечной оптики световые лучи сходятся после выхода из объектива, в случае бесконечной оптики световые лучи выходят из объектива параллельно. Конечная оптика была стандартом для микроскопов известных брендов примерно до 1990-х годов. Затем они перешли на бесконечную оптику, которую можно узнать по символу бесконечности (∞), написанному на объективах. В современных микроскопах других марок и простых учебных микроскопах конечная оптика, как правило, по-прежнему является стандартом, а на объективах написано число 160, которое указывает на длину механического тубуса в миллиметрах. Длина механического тубуса старых микроскопов известных брендов обычно составляла 160 мм или 170 мм. Для тех, кто занимается микрофотографией как хобби, микроскопы с конечной оптикой будут наиболее привлекательными, как с финансовой точки зрения, так и по чисто практическим причинам. В интернете можно найти множество деталей и объективов для конечных микроскопов, как новых, так и б/у, по привлекательным ценам. Тем, кто начинает работать с «бесконечными» микроскопами, часто требуется более высокий бюджет. Различия между двумя типами микроскопов могут иметь последствия для метода фотосъёмки.

Микрофотографию можно выполнять разными способами:

1. Афокальная фотография: с помощью объектива изображение с окуляра проецируется на сенсор камеры. Когда мы смотрим в микроскоп, происходит то же самое: хрусталик глаза обеспечивает проекцию изображения с окуляра на сетчатку. Примерами афокальной фотографии являются фотография с помощью смартфона, планшета, компактной камеры, веб-камеры и системной камеры с объективом камеры. При использовании смартфона и компактной камеры специальный фототубус или тринокулярный микроскоп не требуется. В этом случае можно просто фотографировать через обычный окуляр монокулярного или бинокулярного микроскопа, и это можно делать как с микроскопами с конечной оптикой, так и с бесконечной оптикой. При наличии фототубуса можно использовать системную камеру, при этом объектив камеры с фиксированным фокусным расстоянием (фикс-объектив) предпочтительно использовать с «конечными» микроскопами. Так называемые « блинчики » очень подходят для этого, поскольку они имеют короткую конструкцию. С другой стороны, микроскопы с бесконечным фокусным расстоянием и фототубусом используются только с корпусом системной камеры и не требуют использования объектива камеры.

Для качественной афокальной фотографии с помощью микроскопов с конечным фокусным расстоянием важно правильное сочетание объектива и окуляра. См. раздел «Правильное сочетание объектива и окуляра» .

2. Проекционная фотография: здесь нет линзы между окуляром и сенсором камеры, а в системной камере используется только корпус камеры. Для фотографирования таким способом с помощью «конечных» микроскопов требуется специальный проектив или фотоокуляр , который заменяет обычный окуляр. Но для проекционной фотографии можно использовать и некоторые обычные окуляры лучшего типа. Оригинальные проективные и фотоокуляры для конечных микроскопов от известных брендов часто трудно найти, и запрашиваемые цены на них на вторичном рынке высоки. Отличной альтернативой являются так называемые гибридные окуляры: микрофотография с «гибридными» окулярами . Другой альтернативой является использование удлиненных окуляров: «Удлиненные окуляры как проективные для микрофотографии » . В микроскопах с бесконечной оптикой изображение объектива корректируется так называемой тубусной линзой и проецируется на сенсор камеры, поэтому с этим типом микроскопов используется только корпус камеры или специальная камера микроскопа.

3. Прямая проекция: изображение с объектива микроскопа проецируется непосредственно на сенсор камеры, без использования другой оптики. Существуют адаптеры для микроскопа без внутренней оптики для системных камер, которые устанавливаются в тубус вместо обычного окуляра. Изображение с объектива микроскопа затем проецируется непосредственно на сенсор. Этот метод ограниченно применим для микроскопов с «конечной» оптикой, поскольку коррекция изображения не производится. Этот метод иногда используется для макросъёмки, когда объектив микроскопа подключается непосредственно к камере через специальный адаптер. Для этого применения популярны объективы с лучшей коррекцией, ориентированные на бесконечность, и малым увеличением, особенно полностью корригированные объективы Nikon. Однако для этой цели также можно использовать конечные объективы с малым увеличением, требующие небольшой коррекции. Некоторые USB-камеры с окуляром не имеют внутренней оптики и устанавливаются в тубус вместо обычного окуляра. В этом случае также происходит прямая проекция, но фотографируется лишь очень небольшая часть поля зрения микроскопа, и иногда могут возникать «горячие точки».

У всех этих методов есть свои сильные и слабые стороны. Выбор наиболее подходящего метода во многом зависит от личных предпочтений и области применения. Для качественной микрофотографии с использованием «конечных» микроскопов в сочетании с системной камерой я предпочитаю проекционную фотографию, поскольку этот метод менее сложен как механически, так и оптически, чем афокальный метод.

Смартфон

В настоящее время для микрофотографии подходит множество камер. Начнём с камеры, которую носит практически каждый: смартфона. Качество камер смартфонов значительно улучшилось в последние годы и даже превзошло качество некоторых компактных камер. С помощью смартфона можно делать приемлемые снимки под микроскопом. У смартфонов небольшой объектив, и это преимущество, поскольку для съёмки можно использовать более широкий спектр различных окуляров микроскопа. С таким маленьким объективом можно очень близко подойти к передней линзе окуляра. Многие окуляры Гюйгенса имеют малый выходной зрачок, что делает практически невозможным подобраться к передней линзе с помощью цифровой зеркальной камеры (при использовании объектива камеры) и сфокусировать круговое поле зрения. Входной зрачок многих объективов системных камер расположен довольно глубоко и поэтому не совпадает с выходным зрачком большинства окуляров Гюйгенса. Даже с некоторыми компактными камерами это затруднительно. Для съёмки такими камерами необходим широкоугольный (WF) окуляр с большим выходным зрачком. Используя смартфон, можно сфокусировать край кругового поля зрения с помощью любого окуляра.

Самый простой способ фотографировать через микроскоп с помощью смартфона — держать камеру смартфона над окуляром, пока поле зрения не станет чётко очерченным кругом. Поначалу это потребует некоторой практики, особенно для того, чтобы удерживать телефон неподвижно. Секрет в том, чтобы придерживать тубус микроскопа средним пальцем левой руки (ближайшим к объективу камеры). Проще фотографировать через окуляр Гюйгенса с низким выходным зрачком, поскольку можно приблизиться к передней линзе окуляра. С окулярами WF смартфон приходится держать на расстоянии нескольких сантиметров от окуляра, что затрудняет удержание одной рукой. Существуют специальные адаптеры для смартфонов, которые крепятся к тубусу микроскопа и фиксируются в них. Таким образом, можно наблюдать за происходящим на экране смартфона, а не через окуляр. Я использую адаптер Celestron (Basic Smartphone Adapter, 1,25 дюйма). Поскольку у смартфона небольшой сенсор, разрешение снимка будет не очень высоким, по крайней мере, по сравнению с системной камерой. Качество изображения можно дополнительно улучшить, используя окуляр с большим увеличением, например, 15-кратный вместо обычного 10-кратного. Идея заключается в том, что сенсор захватывает меньшую часть изображения, так что вся его поверхность используется для сбора информации с этой части. Таким образом, все детали будут лучше переданы. Фотографии, сделанные таким образом, можно немного увеличить, прежде чем они станут «зернистыми». Важно понимать, что с увеличением увеличения объектива требуется меньше пикселей. Изображение, снятое с объективом 40/0,65, содержит меньше информации, чем с объективом 10/0,25. Поэтому использование более мощных объективов со смартфоном даст лучшие результаты.

Следующие фотографии я сделал с помощью смартфона Samsung Galaxy A8 (SM-A530F, 16 МП, 1/2.8 дюйма, 2018 г.) и Samsung Galaxy A3 (SM-A300FU, 8 МП, 2015 г.).

Ограничения смартфона становятся очевидны только при съёмке мелких деталей. Если выбран объектив, с которым сложно различить эти детали, они могут быть плохо или едва различимы на смартфоне. На следующих изображениях показано сравнение системной камеры и камеры Samsung Galaxy A8 при съёмке объектов с высокой детализацией.

Планшет

Возможно, это не так очевидно, но с помощью планшета можно делать снимки через микроскоп. Сложность заключается в том, чтобы держать планшет перед окуляром, и это требует некоторой импровизации. Если планшет можно зафиксировать на окуляре, это обеспечит необходимую устойчивость. Снимки ниже были сделаны на Huawei Mediapad T3 (5 Мп, 2017). Камеры большинства планшетов, как правило, не отличаются выдающимися характеристиками, и для захвата мелких деталей требуется окуляр с большим увеличением, например, 15-кратным или более, особенно при использовании объективов ≤ 40.

Диатомовые водоросли, такие как Cymbella, не обладают очень тонкой структурой и легко сфотографируются планшетом. На следующих снимках показано сравнение системной камеры Olympus PEN и планшета Huawei. На первый взгляд разница едва заметна. Только при увеличении изображения становится ясно, что фотография, сделанная камерой Olympus, имеет более высокое разрешение.

Окулярная камера

Окулярные камеры удобны в использовании, поскольку имеют тот же диаметр, что и окуляр. Их можно просто вставить в тубус микроскопа. Окулярные камеры часто не содержат оптических элементов, а оснащены только датчиком. Это означает, что изображение, формируемое объективом микроскопа, напрямую проецируется на датчик. Это может быть проблемой для объективов, рассчитанных на конечную длину механического тубуса. Изображение многих объективов, рассчитанных на конечную длину механического тубуса, всё ещё содержит остаточные ошибки, которые устраняются окуляром. Поскольку окулярная камера заменяет окуляр, и компенсация не производится, на изображении могут присутствовать остаточные ошибки. Это будет более проблематично при использовании объективов с лучшей коррекцией и ахроматов с большей мощностью. Ахроматам с малой мощностью не требуется значительная компенсация от окуляра, поэтому эти объективы будут давать изображения с минимальным количеством аберраций с окулярной камерой. При использовании объективов с лучшей коррекцией и ахроматов с большей мощностью только центральная часть изображения будет более или менее свободна от хроматических аберраций. Итак, с этими объективами всё ещё возможно делать приличные снимки мелких объектов, расположенных в центре поля зрения. Следующие снимки были сделаны камерой- окуляром BRESSER MikrOkular Full HD – недорогой камерой с небольшим сенсором. Размер сенсора составляет 5,86 x 3,28 мм (аналогично чипам большинства смартфонов), а разрешение – 2 Мп. С такими характеристиками ожидать высокого качества снимков не приходится, но, с другой стороны, за эту камеру и платишь не так уж много. Основным недостатком таких камер является то, что они захватывают лишь очень малую часть поля зрения, а итоговое ( пустое ) увеличение получается высоким. Однако при использовании маломощных объективов лучше захватывать лишь небольшую часть поля зрения микроскопа, поскольку для снимаемого объекта будет доступно больше пикселей. С маломощными объективами требуется больше пикселей. Такая камера лучше всего подходит для фото- и видеосъёмки организмов, занимающих лишь небольшую часть поля зрения, таких как простейшие и тому подобное.

При использовании окулярной камеры в сочетании с гибридными окулярами можно сфотографировать большую часть поля зрения, а также скорректировать остаточные ошибки изображения. См. также: «Сочетание гибридных окуляров с камерами микроскопа» .

При использовании окулярной камеры без компенсационной оптики лучшие результаты достигаются с микроскопами с бесконечной оптикой. С бесконечной оптикой изображение, формируемое объективом и тубусной линзой, уже полностью скорректировано и не требует компенсации окуляром. Следующий снимок был сделан с помощью Zeiss Axiostar (микроскопа с бесконечной оптикой) путём замены одного из окуляров тубуса на окулярную камеру. В этом случае в поле зрения попадает лишь очень малая часть поля зрения.

Веб-камера

С помощью хорошей веб-камеры можно делать приемлемые снимки простых слайдов и объектов, не содержащих много мелких деталей. Разрешение веб-камеры ограничено. Веб-камера снимает всё поле зрения, и количество пикселей должно быть равномерно распределено по этой области. Это означает, что снимки с маломощными объективами будут не очень качественными. При более высоком увеличении всё ещё возможно получить приемлемые изображения, и качество снимков можно дополнительно улучшить, используя окуляр с увеличением более 10x. Лучше всего использовать широкоугольный окуляр (ШО) с увеличением 12,5x–15x . Для документирования этот метод вполне подходит. Приведённые ниже изображения я сделал с помощью веб-камеры Logitech C922 PRO HD Stream .

Компактная камера

Компактная камера позволяет делать отличные снимки с микроскопа. Наиболее полезны камеры с внутренним зумом, поскольку у них нет внешних подвижных частей. Такие камеры можно держать близко к окуляру или даже вплотную к нему. Я долгое время пользовался Olympus Stylus 725 SW (7,1 Мп, 1/2,3-дюймовая ПЗС, 2006 г.) . Поначалу я использовал эту камеру на штативе, который устанавливал перед окуляром, и это работало отлично. С окулярами с меньшим выходным зрачком такую камеру можно держать вплотную к окуляру и опираться на него, что также обеспечивает опору.

Системная камера

Если вы хотите запечатлеть мельчайшие детали на микроскопическом изображении, системная камера — это то, что вам нужно. С 1-дюймовыми камерами, камерами Micro 4/3 и зеркальными камерами APS-C можно делать отличные микрофотографии. Полнокадровая камера для микрофотографии на самом деле не нужна, если только вы не собираетесь снимать видео высокого разрешения. При выборе системной камеры для микрофотографии есть важный аспект: вибрации. Камеры с механическим затвором могут вызывать вибрации, что приводит к размытости изображений. В микрофотографии вибрации оказывают значительное влияние, гораздо большее, чем при обычной фотографии, из-за большого увеличения. Я использую, среди прочего, беззеркальную камеру Olympus PEN E-PL1 Micro 4/3 (12,3 МП, 4/3-дюймовая КМОП-матрица, 2010 г.), зеркальную камеру Canon EOS 600D (18 МП, CMOS APS-C, 2011 г.) и Nikon 1 J1 (10 МП, 1-дюймовая КМОП-матрица, 2012 г.). Все три модели несколько устарели и до сих пор отлично работают. Olympus PEN вызывает значительные вибрации при использовании коротких выдержек, так как в этой камере нет электронного затвора, в отличие от двух других камер. Вибрации, вызываемые механизмом затвора, можно значительно уменьшить, используя более длительные выдержки, например, 2 секунды или более. Используя Olympus PEN, я делаю снимки только более-менее статичных объектов, так как использую выдержку 2,5 секунды. Canon 600D имеет электронный затвор и использует так называемый электронный затвор передней шторки (EFCS). Это предотвращает вибрации во время экспозиции, и изображение делается в режиме LiveView. Сначала зеркало складывается (блокировка зеркала), и фотография делается до того, как зеркало сложится. При выборе цифровой зеркальной камеры для микрофотографии важно проверить, присутствует EFCS. Чтобы избежать ручных вибраций на обеих камерах, я использую автоспуск с 2-секундной задержкой после нажатия кнопки на камере. Некоторые камеры Canon, которые отлично подходят для микросъёмки и оснащены системой EFCS, включают 450D, 500D, 550D, 600D, 650D, 700D и 750D. Но есть и другие подходящие модели.

После выбора камеры её необходимо каким-либо образом подключить к микроскопу. Микросъёмка с помощью системной камеры может осуществляться как с объективом, так и без него. Установка без объектива проще, и здесь для проецирования изображения на сенсор используется компенсационный окуляр. С Olympus PEN я долгое время использовал объектив Sigma 30 мм, и он работает довольно хорошо. Преимущество этого объектива в том, что при фокусировке нет внешних движущихся частей, всё происходит внутри. Это позволяет использовать камеру без необходимости её механического соединения. На следующем изображении показана установка с объективом Sigma, которую я часто использовал с подковообразными штативами. Камера Olympus PEN с объективом Sigma 30 мм просто устанавливается на силиконовую прокладку, которая надевается на адаптер микроскопа Ihagee. Общий вес камеры и объектива достаточен для обеспечения устойчивости. Это удобная установка для подковообразного штатива; после съёмки камеру можно снять, и можно продолжить визуальное наблюдение. Второе преимущество объектива Sigma 30 мм заключается в том, что входной зрачок расположен спереди. Это позволяет использовать любой окуляр микроскопа, независимо от того, с большим выносом зрачка или нет. Даже самые простые окуляры Гюйгенса можно использовать без каких-либо затруднений.

С помощью небольшой системной камеры, такой как Olympus PEN, также можно делать снимки вручную через окуляр. Этот вариант можно рассмотреть, если у бинокулярного микроскопа нет отдельного фототубуса. Фотографировать через окуляр настоящей камерой проще, чем смартфоном, поскольку объектив камеры обычно расположен посередине, что упрощает позиционирование и центрирование. И что ещё важнее, обычная камера гораздо удобнее лежит в руке. При использовании компактного объектива, например, блинчатого, круговое поле зрения фотографируется полностью или почти полностью. Преимущество этого заключается в том, что вы можете видеть, правильно ли держите камеру перед окуляром, поскольку круг должен располагаться точно посередине дисплея. Кроме того, край круга должен быть чётким.

Проекционная фотография с помощью системной камеры

Для фотографирования без объектива камеры требуется проекционный окуляр ( проективный ) или специальный фотоокуляр, который корректирует остаточные ошибки изображения, получаемого от объектива, и проецирует изображение на матрицу. Это относится к большинству объективов, рассчитанных на конечную длину механического тубуса. Однако хорошие проективные окуляры найти сложно, и иногда они могут быть довольно дорогими. Обычный окуляр также может выполнять функцию проективного, если его разместить в фототубусе на несколько мм выше, чем предполагалось, поэтому его приподнимают. Использование обычного наблюдательного окуляра в качестве проективного даёт разные результаты у разных производителей, от хороших до плохих. Важно использовать компенсирующий окуляр, в том числе для маломощных ахроматов. Поднятие обычного окуляра в тубусе увеличивает механическую длину тубуса системы, что может привести к аберрациям. Однако это далеко не всегда так. По моему опыту, изображения, сделанные без объектива камеры, иногда имеют немного большую контрастность. Это имеет смысл, поскольку в оптическом тракте меньше стекла, что приводит к меньшему количеству отражений света. Мне также гораздо больше нравится такая более простая конфигурация. В этом разделе я расскажу о своём опыте использования окуляров, которые вполне успешно можно использовать в качестве проекционных.

При оптимизации настройки камеры важно использовать адаптер, позволяющий изменять расстояние между окуляром и сенсором камеры. Конечная цель — добиться того, чтобы изображение, получаемое камерой, было более или менее одновременно сфокусировано с визуальным изображением: в таком случае установка становится парфокальной . Очень хороший адаптер, который можно найти на вторичном рынке, — это адаптер для микроскопа Exakta Ihagee. Я считаю, что это один из лучших адаптеров для подключения камеры к микроскопу. Этот компонент очень прочный и произведен в Дрездене. Он обеспечивает очень плотное соединение без люфта.

Чтобы оценить правильность адаптации камеры, я использую предметный микрометр и несколько настоящих предметных стекол. При неправильном оптическом выравнивании будут видны всевозможные аберрации. Я также часто использую предметное стекло с пыльцой, поскольку хроматическая аберрация довольно легко заметна по синим краям вокруг пыльцевых зёрен. Подойдёт также и предметное стекло свежего растения, например, с листа мха или эпидермиса драцены окаймлённой . Последний содержит очень мелкие кристаллы, вокруг которых легко обнаруживается любая хроматическая аберрация.

Zeiss-Winkel

Компания Zeiss-Winkel выпустила специальные фотоокуляры, один из которых есть и у меня: « Photo 12x ». Результаты с этим окуляром приемлемые, но он захватывает лишь небольшую часть поля зрения микроскопа. Лучшие результаты получаются со старыми окулярами Olympus WF10x , которые были предназначены для использования с объективами Olympus 37 мм. Я уже описывал в другом месте, что окуляры Olympus WF10x и более сильные ахроматы Zeiss-Winkel довольно хорошо подходят визуально и для афокальной фотографии. Это также относится к случаю, когда WF10x используется в качестве проекционного окуляра. Тесты с предметным микрометром и объективами Zeiss-Winkel 25/0,45 и 40/0,65 показывают незначительную хроматическую аберрацию по краям изображения, как при размещении окуляра на несколько мм выше в тубусе, так и в нормальном положении. Достаточно хороших результатов при афокальной съёмке можно добиться также с помощью Wild 6xPhot и Leitz Periplan GF10x (170 мм). Для проекционной съёмки с очень маломощными ахроматами Zeiss-Winkel (2,5/0,06 и 4/0,10) можно использовать окуляры Olympus P7x и P10x , но при этом потребуется довольно частая перефокусировка (это не скажется на качестве изображения), а сфотографированная часть поля зрения будет меньше. Последнее также имеет преимущество: кривизна поля не будет проблемой, поскольку будет захвачена только та часть, которая находится в фокусе. Более того, дополнительное увеличение с маломощными объективами иногда желательно, особенно при использовании камеры с небольшим количеством пикселей.

Коррекция объективов Zeiss-Winkel сильно различается, поэтому для достижения наилучшего результата с каждым объективом требуются разные окуляры или проективы. При использовании обычных окуляров для проекционной фотографии требуется перефокусировка, и парфокальность между объективами теряется. Лучше использовать гибридные окуляры. В таких случаях парфокальность гарантирована, и достигаются наилучшие результаты. Я составил различные комбинации для Zeiss-Winkel, см. раздел « Микросъемка с гибридными окулярами» .

Carl Zeiss Oberkochen

Компания Zeiss Oberkochen выпустила специальные фотоокуляры с маркировкой « Fk ». Для моего окуляра Fk10x применимо то же, что я описал для фотоокуляра Zeiss-Winkel: результаты приемлемые, но захватывается лишь малая часть поля зрения микроскопа. Я обнаружил, что использование обычного окуляра наблюдения Carl Zeiss в качестве проективного дает различные результаты с объективами Zeiss Oberkochen. Например, при использовании окуляра Kpl10xW по краям изображения возникает сильная хроматическая аберрация. Я мог бы получить лучшие результаты с окуляром KplW12.5x. У меня есть окуляр Nikon HWK10x, который дает приемлемые результаты с проекцией окуляра и объективами Zeiss. Но после некоторых экспериментов я остановился на гибридных окулярах, которыми я очень доволен. Конструкция этих окуляров описана здесь: Микрофотография с «гибридными» окулярами . Наконец, есть один объектив CZ, для которого лучше всего использовать, например, окуляр Olympus P7x или P10x, если вы собираетесь заниматься проекционной фотографией: объектив 3,2/0,07.

Leitz

Существуют специальные проективные окуляры Leitz, но я никогда не считал их особенно подходящими для цифровой фотографии. Поэтому я также сконструировал гибридные окуляры, которые могут служить проекционными окулярами с объективами Leitz. Как они устроены, описано здесь: Микрофотография с «гибридными» окулярами .

Olympus

У Olympus были специальные проекторы для фотографии: проекторы FK для объективов с парфокальным расстоянием 37 мм и проекторы NFK для более поздних 45-мм объективов. Я использую гибридные окуляры в качестве проектора. Они дают изображение не хуже оригинальных проекторов Olympus.

Интересно, что окуляры Olympus P подходят для проекционной съёмки в сочетании с маломощными ахроматами (4/0,10 и 10/0,25). С окулярами P7x и P10x были получены хорошие результаты с этими объективами. Окуляры не поднимаются в тубусе, и требуется повторная фокусировка до тех пор, пока изображение на камере не станет резким. Хотя при афокальной съёмке окуляры P перекомпенсируют маломощные ахроматы, для проекционной съёмки эта комбинация очень хорошо подходит.

Микроскопические камеры

Специальные микроскопические камеры (с креплением C) имеют довольно небольшой сенсор, требующий уменьшающей линзы для захвата разумной части поля зрения. Однако при использовании микроскопов с конечной оптикой, если такая уменьшающая линза используется вместо компенсационного окуляра или проективного, будет возникать хроматическая аберрация. Однако большинство проективных окуляров, предназначенных для микроскопов с конечной оптикой, имеют ограниченное применение, поскольку они недостаточно уменьшают изображение. Возможным решением является использование гибридных окуляров . Для фотографии ниже я использовал 5-мегапиксельную камеру от Touptek в сочетании с гибридным окуляром C8-ZW5-Kpl10 , см. также: « Сочетание гибридных окуляров с камерами микроскопа» . С этим окуляром изображение компенсируется, и разумная часть поля зрения проецируется на сенсор. Лучшие камеры с креплением C довольно дороги, но с сопутствующим программным обеспечением можно выполнять все виды измерений и обработки изображений. Однако тем, кто предъявляет более высокие требования к качеству изображения, лучше инвестировать в системную камеру.

С ахроматами Zeiss-Winkel эти типы микроскопных камер по-прежнему можно использовать без компенсационной оптики , поскольку ахроматы Zeiss-Winkel требуют меньшей компенсации, чем, например, ахроматы Carl Zeiss. См. также: Ахроматические объективы Zeiss и Zeiss-Winkel . Маломощные непланахроматы (≤ 10/0,25) других производителей часто также не требуют компенсации, особенно старые объективы с парфокальным расстоянием менее 45. Например, это касается 37-мм объективов Leitz и Olympus. С современными обычными 160-мм микроскопами обычные ахроматы ≤ 10/0,25 обычно также не требуют компенсации. Эти камеры можно использовать по назначению.

Объективы микроскопа, конденсор и окуляры

Влияние типа объектива и конденсора на качество фотографии часто переоценивают. Качество препарата и освещения оказывает гораздо большее влияние на конечный результат. Более того, выбор объектива зависит от типа препарата. Большее рабочее расстояние и большая глубина резкости часто важнее, чем более высокая диафрагма.

Объективы с корректировкой плана или без нее?

Плановые объективы корректируют кривизну поля зрения и обеспечивают плоское поле зрения, чтобы всё от центра до края находилось в фокусе. Такие объективы предпочтительно использовать с очень тонкими предметными стеклами и там, где нет существенной разницы в толщине образца, например, с тонкими срезами тканей или окрашенными мазками крови. Использование планового объектива с толстым, не плоским образцом не имеет смысла. На таком предметном стекле из-за разницы в толщине будут размытые участки, поэтому некоторые участки поля зрения будут резкими вплоть до края, а другие — нет. Плановые объективы также не представляют особой ценности для наблюдения за жизнью пруда. Стоимость плановых объективов значительно выше, чем у объективов без плановой коррекции; для коррекции кривизны поля зрения требуются дополнительные линзы. Однако качество изображения в центре поля зрения (именно там, где обычно происходит фокусировка) с плановыми объективами никогда не будет лучше, чем с обычными. У старых плановых объективов с менее эффективным антибликовым покрытием наличие дополнительных линз может быть заметным. Из-за дополнительных линз может возникать больше отражений и, следовательно, рассеянного света, что приводит к снижению контрастности изображения.
Я нечасто использую плановые объективы, разве что для тестов. Меня не очень привлекает мысль о том, что в этих объективах так много дополнительного стекла только для компенсации неровности поля. Меня всегда преследует следующая мысль: объект наблюдения и фотографирования обычно находится в центре поля, а не на краю. Более того, при фотосъёмке я не считаю необходимым захватывать как можно большую часть поля зрения.

Ахроматы, флюориты или апохроматы?

Мифом является мнение, что для микрофотографии нужны дорогие и высокоскорректированные объективы. В принципе, вам не нужно ничего, кроме качественных ахроматов. С обычными ахроматами можно получить превосходные изображения. См. также « Похвала скромному ахромату ». Тот, кто не может добиться удовлетворительных результатов с обычными ахроматами, делает что-то неправильно. Всегда существует компромисс между глубиной резкости и разрешающей способностью, и важно учитывать, какой объектив подходит для конкретного типа образца. Апохромат высокого разрешения предъявляет высокие требования к качеству препарата. Чем выше разрешение объектива, тем меньше будет глубина резкости. Может случиться, что изображение, полученное апохроматом, окажется крайне разочаровывающим, поскольку качество препарата оставляет желать лучшего. И, как уже упоминалось ранее, некоторые планапохроматы содержат много линз, что может привести к плохому контрасту, особенно со старыми объективами.
Если вы хотите использовать объективы с лучшей коррекцией, то, на мой взгляд, флюориты (например, Zeiss Neofluar и Leitz Fluotar) — очень хороший выбор. В целом, они дают более контрастное изображение, чем апохроматы, и с меньшей хроматической аберрацией, чем ахроматы.
По моему мнению, флюориты и апохроматы никогда не станут полной заменой ахроматам, поскольку последние имеют большую глубину резкости и рабочее расстояние.

Конденсор

Иногда говорят, что ахроматический конденсор рекомендуется для цветной микрофотографии. Возможно, в доцифровую эпоху в этом была доля правды, но сегодня влияние программного обеспечения на улучшение цветов изображения во много раз больше, чем ахроматическая коррекция конденсора. Большинство микроскопов оснащены двухлинзовым конденсором Аббе без коррекции. Этот конденсор хорошо подходит практически для любых целей. Влияние ахроматического и апланатического конденсоров на качество изображения переоценивается, важно понимать, что конденсор фактически не вносит вклад в создание изображения. Высокоскорректированные конденсоры дороги и во многих случаях мало что делают для улучшения изображения. Такие типы конденсоров будут полезны только в очень критической и высокоразрешающей микроскопии, где должна быть достигнута максимальная разрешающая способность.

Окуляры

Существует множество различных типов окуляров. Для фотографии важно различать компенсационные окуляры и окуляры с меньшей коррекцией или без нее. Рекомендуется использовать компенсационный окуляр для мощных ахроматов (>20x), всех планахроматов, (план)флюоритовых и (план)апохроматов. Со многими ахроматами малой мощности (10x и меньше) ситуация немного сложнее, о чем я расскажу позже. Компенсационные окуляры часто маркируются буквами «C», «K», «P» или другими сочетаниями букв, которые обозначают слово «Foto/photo» или «Kompensation/compensation». Однако иногда маркировка, указывающая на то, является ли окуляр компенсационным, отсутствует. Примером могут служить окуляры Olympus WF, которые использовались для объективов с парфокальным расстоянием 37 мм. Эти окуляры имеют маркировку только «WF», но они действительно являются компенсационными и рекомендуются для фотографии. В случае сомнений разумно ознакомиться с оптическими характеристиками, указанными производителем. Всегда важно критически оценивать изображение микроскопа. Как выглядит изображение по краям: есть ли видимые хроматические аберрации или искажения? В случае несоответствия объектива и окуляра хроматические аберрации и искажения возникают в основном на краю поля зрения. Как правило, наилучшие результаты достигаются при использовании объективов и окуляров одного производителя. Но есть и множество исключений. Самое важное — использовать компенсационный окуляр для объективов, требующих коррекции. В большинстве случаев, например, ахромат 40/0,65 даст лучшее изображение с компенсационным окуляром другого производителя, чем с некомпенсирующим окуляром того же производителя. А микроскопы безымянных производителей часто поставляются с окулярами, которые едва ли компенсируют аберрацию. См. также: « Правильное сочетание объектива и окуляра ».

Фотосъемка с маломощными объективами

Ряд старых ахроматов известных марок с увеличением ≤ 10x (без плановой коррекции!) часто требуют минимальной компенсации или не требуют её вовсе. Для афокальной съёмки с этими объективами лучше всего использовать окуляр с минимальной компенсацией. Однако, наоборот, при проекционной съёмке с обычным (не проективным) окуляром требуется компенсационный окуляр. Это относится, в любом случае, к объективам Olympus и Leitz с 37-мм фокусным расстоянием, Zeiss-Winkel и ахромату 3,2/0,07 от Carl Zeiss.

В следующем эксперименте я фотографировал белый песок объективом Olympus 4/0.10 (парфокальное расстояние 37 мм) как проекционным, так и афокальным методом. Для обоих методов я использовал окуляр с малым компенсирующим увеличением (Olympus 10x) и компенсационный окуляр (Olympus P10x). Снимки были сделаны камерой Olympus PEN E-PL1, а для афокального метода — объективом Sigma 30 мм.

Хорошие результаты проекционной съёмки достигаются с помощью компенсационных окуляров различных марок. Например, окуляры Olympus P-eyepers , Leitz Periplan и Carl Zeiss Kpl8x . Окуляры не расположены в тубусе в приподнятом положении, и после визуальной фокусировки требуется повторная фокусировка. Таким образом, парфокальность с другими объективами отсутствует. На следующем фото показано сравнение афокальной и проекционной съёмки с объективом Olympus 10/0.25.

Редактирование изображений

Структуры и детали на снимках, сделанных с микроскопа, можно значительно улучшить с помощью программного обеспечения для обработки изображений. Особенно это касается повышения контрастности. Для обработки изображений я использую программу RawTherapee, но с редактированием изображений я подхожу довольно осторожно. В основном баланс белого, контрастность и яркость корректируются умеренно. Я считаю, что изображение должно выглядеть довольно хорошо с самого начала, без какого-либо редактирования. Неплохо удалить любые раздражающие пятна на изображении, вызванные частицами пыли, осевшими на объективе или сенсоре камеры. Лично я не поддерживаю удаление определенных деталей на фотографии только для того, чтобы объект выглядел красивее. Например, если на снимке водоросли, окруженные бактериями, то, на мой взгляд, эти бактерии просто должны там быть. Это водоросли в их естественной среде обитания, которую они разделяют с другими организмами. По моему мнению, именно разные размеры и формы разных организмов на одном изображении придают этому изображению гораздо больше смысла.

Шумиха вокруг DIC и одержимость стекингом

В наши дни, похоже, все хотят микроскоп с дифференциально-интерференционным контрастом (ДИК). И представляют только фотографии, сделанные с помощью ДИК. Это создаёт слишком большое единообразие на форумах, обычные светлопольные изображения появляются всё реже. Вопрос в том, происходит ли это потому, что люди разучились делать хорошие светлопольные изображения, или потому, что светлопольное изображение считается неполноценным. Последнее — полная чушь. Каждый метод освещения даёт разную информацию, и ДИК — лишь один из таких методов. Каждое ДИК-изображение должно быть дополнено светлопольным изображением. Более того, аналогичного эффекта можно добиться с помощью косого освещения, как и с ДИК. Хорошее косое освещение лучше плохого ДИК, и мы уже видим достаточно последних.

В микроскопии проходящего света также очень модно накладывать несколько изображений на всю глубину объекта. Цель этого — получить резкое изображение пространственного объекта целиком. В настоящее время наложение изображений, похоже, принимает навязчивые формы. Люди часто не осознают, что при съемке множества прозрачных объектов (что характерно для микроскопии проходящего света) изображение полностью портится из-за наложения. Всё изображение получается резким, а все структуры, расположенные на разной глубине, накладываются друг на друга, в то время как живой прозрачный объект является трёхмерным. На изображениях без наложения изображений более глубокие структуры отображаются менее резко, что создаёт ощущение пространства и более реалистичное восприятие формы объекта. Кроме того, при наложении изображений суммируются многие артефакты, вызванные движением живого организма, что не влияет на качество фотографии. Наложение изображений особенно полезно при съёмке непрозрачных объектов в падающем свете. Это может быть использовано, в частности, для создания прекрасных снимков насекомых.

Принцип простоты

На своём сайте я стараюсь максимально подчеркнуть, что хороших результатов можно добиться с помощью относительно простого и не слишком дорогого оборудования. Я убеждён, что многое возможно и при небольшом бюджете. Начиная заниматься этим хобби, не стоит сразу тратить много денег. Я всегда учитываю это, давая советы тем, для кого всё это в новинку. Большое заблуждение — думать, что для качественной микрофотографии необходимы дорогие камеры и продвинутые микроскопы . Об этом также говорится в статье « Как извлечь максимум пользы из простого микроскопа ».

Для тех, кто готов приобрести подержанное оборудование, есть множество возможностей. Хорошие компактные камеры и системные фотоаппараты можно найти на вторичном рынке за 50–150 евро, и, по сути, вам не понадобится ничего, кроме корпуса. Важно также понимать, что для микрофотографии в большинстве случаев не требуется много мегапикселей. С разрешением 5–10 Мп можно получать снимки хорошего качества, особенно при большом увеличении.

На форумах регулярно встречаются люди, которые хотят начать заниматься микрофотографией и сразу же купить дорогой микроскоп с лучшей оптикой. Иногда их подталкивают к этому «опытные» пользователи микроскопов, особенно те, кто умудряется получать посредственные или плохие изображения с помощью самого дорогого оборудования. Но это не так. Обучение требует времени, и лучше всего начинать с базового оборудования. Более того, гораздо приятнее добиваться хороших результатов с помощью простого оборудования и постоянно придумывать что-то для их улучшения. Очень познавательный процесс. Меньше значит больше!