Правильная комбинация объектива и окуляра

Rolf Vossen

Для получения хорошего изображения на микроскопе важно, чтобы объектив и окуляр совпадали. Как правило, производители микроскопов следят за тем, чтобы комбинация объектива и окуляра одного и того же производителя была оптимальной. Обычно это так, но не всегда. Я регулярно вижу, что определенные комбинации оптики от разных марок дают лучший результат, чем комбинации одной марки.

Хорошее согласование объектива и окуляра наиболее важно при съемке, так как оптические погрешности там легко распознаются. Следующие тесты в основном направлены на использование окуляров для фотосъемки.

Качество оптической комбинации лучше всего можно оценить с помощью препарата диатомовых водорослей или с помощью объекта-микрометра. Для этой цели также может служить окрашенный срез растения или препарат свежего растительного материала . Я считаю, что при увеличении объектива в 2,5–10 раз белый песок является хорошим материалом для проверки хроматических аберраций.

Для записи использовался объектив камеры, который действует как релейная оптика между окуляром и датчиком. В качестве камеры я использовал Olympus PEN E-PL1 с объективом Sigma 30 мм или объективом-блинчиком Olympus 17 мм. С помощью объектива-блинчика можно фотографировать все поле зрения и, таким образом, корректно фиксировать оптические аберрации вплоть до края поля зрения.

Компенсирующие окуляры

Изображение большинства объективов, рассчитанное на конечную механическую длину тубуса (обычно 160 или 170 мм), не полностью исправлено и все еще содержит остаточные ошибки, которые можно устранить с помощью соответствующих окуляров. Это было сделано с помощью так называемых компенсирующих окуляров. Ошибка, противоположная объективам, была встроена в эти окуляры, так что они компенсируют друг друга, и конечным результатом является скорректированное изображение. Компенсирующие окуляры часто обозначаются буквой « C » (compensation), « K » (Kompensation), « P » (Photo) или другими сокращениями с этими буквами. У Carl Zeiss на окулярах было написано C , Cpl , Kpl или KF , а компенсирующие окуляры Zeiss-Winkel были маркированы « K ». У Carl Zeiss Jena это было « K » или « PK », а у Olympus « P ». А у Leitz были окуляры Periplan . Таким образом, обозначения различаются у разных производителей, и на некоторых компенсационных окулярах, например, на окулярах Olympus WF10x, нет никакой надписи, указывающей на то, что это корректирующие окуляры. Оранжево-жёлтая кайма вокруг поля зрения часто указывает на то, что окуляр является компенсирующим. Однако эта кайма не всегда хорошо видна, и некоторые компенсационные окуляры имеют синюю каёмку вокруг поля зрения. Наилучшим способом проверки по-прежнему остаётся критическая оценка с помощью предметного столика-микрометра или другого предметного стекла, которое легко выявляет хроматическую аберрацию.

Зачастую не все объективы одного производителя требуют одинаковой величины компенсации. Это особенно актуально для старых объективов известных производителей и современных объективов безымянных производителей. В таких случаях ахроматы малой мощности (2,5x–10x) часто требуют небольшой компенсации или вообще не требуют. При использовании компенсационного окуляра эти объективы будут перекорригированы, что приведёт к появлению выраженной хроматической аберрации. Однако все объективы с лучшей коррекцией, такие как планахроматы ( план ) флюоритовые объективы или (план) апохроматы, как правило, требуют компенсации. Поскольку не все объективы требуют одинаковой величины коррекции, с микроскопом поставлялись разные типы окуляров. Обычно для ахроматов малой мощности предназначались простые окуляры Гюйгенса без какой-либо дополнительной маркировки. Однако компания Carl Zeiss привела компенсацию для всех объективов к одному уровню. То же самое произошло, когда Leitz и Olympus начали выпускать 45-мм объективы. Старые 37-мм объективы Leitz и Olympus по-прежнему требовали разной величины компенсации.

Carl Zeiss Oberkochen

Carl Zeiss Oberkochen выпускал только компенсационные окуляры, которые обозначались C , Cpl , KF и Kpl . Окуляры C имеют наименьшую коррекцию, а окуляры Kpl обеспечивают наилучшую коррекцию. Окуляры C рекомендовались для обычных ахроматов, Cpl и KF — для ахроматов/полупланахроматов, а Kpl — также для лучше скорректированных (план)неофлюоров и (план)апохроматов. Но на самом деле окуляры Kpl можно использовать со всеми объективами. С окулярами Cpl (компенсационные-плановые) и Kpl (компенсационные-плановые) достигается лучшая план-коррекция, благодаря чему большая часть поля зрения оказывается в резком фокусе. Для фотографии существовали специальные фотоокуляры с маркировкой « FK » и « S-Kpl ». Окуляры S-Kpl были лучшими окулярами Carl Zeiss, когда-либо созданными, и запрашиваемая цена на них на вторичном рынке до сих пор довольно высока.

Существуют также компенсационные окуляры от Zeiss Opton (Opton Optic Works, Оберкохен). Эти окуляры имеют букву « К » и поставлялись вместе с Zeiss Opton Stativ W. Однако объективы и окуляры для Stativ W не получили широкого распространения.

Компания Zeiss рассчитала одинаковую величину компенсации для всех объективов, за исключением ахромата 3,2/0,07 . Это означает, что ни один окуляр от Carl Zeiss Oberkochen не даёт удовлетворительных результатов с ахроматом 3,2. Этот объектив практически не нуждается в компенсации, а при использовании корректирующего окуляра наблюдается очень сильная хроматическая аберрация. Это хороший пример оптического несоответствия объектива и окуляра одного производителя. Немецкие микроскописты иногда называют объектив 3,2/0,07 «Flashenboden», что ясно указывает на невысокое качество изображения при использовании с одним из компенсирующих окуляров Carl Zeiss. Однако при использовании этого объектива с любым некомпенсирующим или менее компенсирующим окуляром изображение значительно улучшается. Слабокомпенсирующие или некомпенсирующие окуляры Huygens других производителей, а также окуляры WF других производителей, по-видимому, отлично работают с ахроматом 3,2. Окуляры Zeiss-Winkel 5x–10x (не версия «K»!) также подойдут тем, кто не хочет сильно отходить от Zeiss.

Я протестировал следующие окуляры Carl Zeiss Oberkochen: C10x , CPL W 10x , KF 10x и Kpl 10x W. Больше всего , на мой взгляд, разочаровали окуляры CPL. Эти окуляры демонстрируют явную подушкообразную дисторсию. Неудивительно, что окуляры CPL иногда называли « дешёвыми пластиковыми линзами » .

Эффект подушкообразной дисторсии на объекте, расположенном по краям поля зрения, продемонстрирован на примере диатомового водоросли Arachnoidiscus . На следующем рисунке показано всё поле зрения препарата с Arachnoidiscus . Образец, находящийся в центре поля зрения, затем смещается к краю поля зрения. Из-за подушкообразной дисторсии окуляра CPL W 10x диатомовый водоросль деформируется, приобретая овальную форму.

У меня есть опыт использования многих окуляров разных марок, но мне редко встречались окуляры, которые искажали бы изображение так сильно, как окуляры Cpl.

На следующих снимках объект-микрометр сфотографирован с другими окулярами. Даже с простым окуляром C10x качество изображения лучше, чем с CPL W 10x.

Следующее сравнение — это сравнение окуляра Kpl10xW, лучшего окуляра от Zeiss, и Leitz Periplan GF10x (TL 170 мм). Окуляр Periplan, по-видимому, довольно хорошо гармонирует с объективами Zeiss. Однако плановая коррекция окуляра Kpl10xW немного лучше. Для достижения наилучших результатов окуляр Periplan следует поднять в тубусе до тех пор, пока изображение не станет парфокальным с окуляром Zeiss. Однако и без поднятия окуляра изображение всё ещё довольно хорошее, как показано в сравнении ниже.

В следующем тесте я сравнил три окуляра: Zeiss Kpl10xW , Zeiss KF10x и Leitz Periplan GF10x (170 мм). В качестве материала я использовал белый песок и сфотографировал его с помощью Carl Zeiss Neofluar 6.3/0.20. И здесь окуляр Periplan, похоже, даёт довольно хорошее изображение, которое, на мой взгляд, лучше, чем изображение, полученное с помощью окуляра Zeiss KF10x.

Подводя итог, можно сказать, что с объективами Carl Zeiss/Zeiss с механической длиной тубуса 160 мм окуляры Kpl лучше всего подходят как для визуального наблюдения, так и для афокальной фотографии. Исключением является только ахромат 3,2/0,07 , который лучше всего использовать в сочетании с любым некомпенсирующим окуляром. Кроме того, окуляры Leitz Periplan GF10x (TL170 мм) вполне успешно используются с объективами Zeiss.

Zeiss-Winkel

В компании Zeiss-Winkel требуемая коррекция различных объективов ещё не была доведена до одинакового уровня. Объективы ≤ 10/0,25 вряд ли нуждались в компенсации. Окуляры с дополнительной компенсацией обозначались как « K », в то время как окуляры Kpl также выпускались позже, непосредственно перед тем, как Zeiss-Winkel перешёл на Carl Zeiss. На окулярах с меньшей компенсацией не указано ничего, кроме кратности увеличения. Эти слабо компенсирующие окуляры являются компромиссом при использовании со всеми увеличениями объективов. Некоторые небрендированные окуляры Huygens, по-видимому, обеспечивают лучшее изображение с объективами ≤ 10/0,25, чем оригинальные окуляры Zeiss-Winkel, эту разницу можно наглядно продемонстрировать фотографически. В то же время лучшие результаты достигаются при использовании компенсационных окуляров Olympus (например, WF10x или P10x) с ахроматами 40/0,65. Но в целом обычные окуляры Zeiss-Winkel 8x (без индекса «K») вполне пригодны для визуального наблюдения с объективами ≤ 40/0,65. Окуляры Zeiss-Winkel 8x неудовлетворительно работают с объективами Zeiss-Winkel 100/1,3, поэтому требуется дополнительная компенсация, которую можно получить с помощью окуляров Zeiss-Winkel K8x или Carl Zeiss C8x. Чтобы получить максимальное качество изображения со всеми объективами Zeiss-Winkel, вам придётся сменить окуляры.

Приведенные ниже тесты показывают, что ахроматы Zeiss-Winkel 40/0,65 дают лучшее изображение с окуляром Olympus P10x , чем с оригинальными окулярами Zeiss-Winkel K8x и 10x . Для более кратных объективов Zeiss-Winkel я в основном использую окуляры Olympus WF10x для визуального наблюдения. Они имеют ту же компенсацию, что и окуляры P10x, и большее поле зрения — 18. Для сохранения парфокальности окуляры Olympus необходимо устанавливать в тубусе примерно на 10 мм выше .

Кроме того, старые ахроматы Zeiss-Winkel с парфокальным расстоянием 39 мм отлично работают с окулярами других производителей. Объективы 42/0,65 и 42/0,85 дают минимальные артефакты в сочетании с окуляром Olympus P10x, а ахромат 10/0,25 идеально работает с окуляром Euromex 10x Huygens.

Окуляры для объективов Olympus 37 мм

Микроскопы Olympus с объективами диаметром 37 мм оснащались различными типами окуляров. Подковообразные штативы часто поставлялись с двумя или тремя окулярами, например, 5x, 10x и P10x. Помимо этих стандартных увеличений, существовали окуляры 7x, P7x, 15x и P15x. Бинокулярные микроскопы оснащались широкоугольными окулярами WF10x. Окуляры P и WF имеют наибольшую коррекцию и подходят для хорошо скорректированных объективов, планахроматов и ахроматов с большим увеличением. Для ахроматов с меньшей мощностью существуют обычные окуляры Гюйгенса 5x, 7x и 10x. Надпись «P» на окуляре означает, что это хорошо скорректированный фотоокуляр.

У меня есть набор окуляров без маркировки, на которых написано только 8xP. Они, похоже, очень хорошо сочетаются с объективами Olympus 37 мм, как показано на изображении ниже.

Когда компания Olympus представила объективы с парфокальным расстоянием 45 мм, так называемые LB (Long Barrel), использовались другие окуляры. Среди этих новых окуляров были окуляры CWHK10x. У меня есть несколько экземпляров CWHK10x-T/18L. Эти окуляры также хорошо работают с 37-мм объективами Olympus. Я был несколько удивлён, обнаружив, что они даже лучше гармонируют с 37-мм объективами, чем окуляры WF10x, которые изначально для них предназначены. В представленном ниже тесте я сравнил два разных окуляра, и CWHK10x, по-видимому, обеспечивает лучшую плановую коррекцию, так что изображение с плановым объективом оказывается в фокусе вплоть до самого края.

Оптика No-name

Существует немало компаний, импортирующих недорогие микроскопы и оптические компоненты из Китая. На окулярах и объективах этих микроскопов никогда не указывается название производителя, максимум — название импортера. Более простые микроскопы, предназначенные для учебных целей, обычно оснащены обычными ахроматами, рассчитанными на длину механического тубуса 160 мм, и часто оснащены широкопольными (WF) окулярами, которые не компенсируют или почти не компенсируют остаточные ошибки, возникающие при использовании более мощных объективов. Только от ахроматов 4/0,10 и 10/0,25 можно ожидать приемлемого изображения. С объективами 40/0,65 и более мощными изображение с такими окулярами заметно хуже. Иногда утверждается, что более мощные объективы на таких микроскопах неубедительны. Это часто верно при использовании небрендированных окуляров, которые идут в комплекте. Как только используются компенсирующие окуляры, заметно заметное улучшение. По моему опыту, более мощные объективы NoName могут обеспечивать хорошее изображение при использовании компенсационных окуляров Olympus (окуляры WF или P) или Carl Zeiss (например, окуляры Kpl). Следующие тесты проводились с ахроматом NoName 40/0,65, установленным на самом простом школьном микроскопе. Объектив также сравнивался с ахроматом Zeiss 160 мм более позднего периода.

Я сравнил этот безымянный объектив с различными ахроматами Zeiss и должен заключить, что этот объектив так же хорош, как и черный ахромат Zeiss более позднего выпуска.

Все планахроматы известных брендов требуют компенсации. С оптикой других производителей это не всегда так. У меня есть объектив без названия Plan 4/0.10 , которому компенсация явно не нужна. Я тестировал объектив с некомпенсирующим окуляром другого производителя WF10x, окуляром Olympus WF10x и окуляром Carl Zeiss Kpl10xW, все с полем зрения 18. Последние два окуляра, конечно же, корректирующие, что видно по жёлто-оранжевой окантовке вокруг поля зрения. В качестве материала для теста я использовал белый песок. При тестировании маломощных объективов белый песок — отличный материал, поэтому визуализируйте хроматические аберрации.

Заключение

Комбинации объективов и окуляров одного производителя не всегда дают наилучшие результаты. Рекомендуется немного поэкспериментировать, особенно с простыми ахроматами. Для достижения наилучших результатов с ахроматами требуются разные окуляры. Ахроматы с большей мощностью требуют компенсации, тогда как ахроматы с меньшей мощностью не требуют или требуют меньшей коррекции. Правильную комбинацию объектива и окуляра лучше всего определить экспериментально, критически оценивая микроскопическое изображение с помощью подходящих тестовых препаратов.