О расчёте оптики хорошего 10x микрообъектива
Забавная инфографика и мысли про разработку микроскопных объективов.
В последнее время я упражнялся в расчете высококачественных объективов (плохих уже хватает на Алиэкспресс) для микроскопов с большим полем зрения (под матрицу формата 36x24 мм) и изрядно запотел уже на 10x увеличении. Как оказалось, тянуть вдвое большее поле (притом плоское) при вменяемой коррекции в пределах всего диапазона, видимого глазу и большинству камер — 400-700 нм — очень нелегко! Я полагал, что достаточно будет пересчитать старые советские схемы с новыми материалами без особого усложнения, но как бы ни так: советские объективы (да и большинство недорогих современных) вообще не исправлены в диапазоне от 400 до 450-470 нм, а именно этот диапазон обеспечивает максимальный геморрой при расчете и, в случае неисправления — знатную фиолетовую бахрому на фото. Да и по полю большинство советских объективов (и других тех же лет) просто никакие — то из-за неисправленного латерального хроматизма, то из-за астигматизма и кривизны поля, а чаще из-за всего и сразу.
Так, например штатник от микроскопа «Биолам» поздних версий — ЛОМО План 10x0.2, схема которого мне досталась однажды, имеет довольно простую пятилинзовую конструкцию, но использует примитивные оптические материалы — обычные кроны и флинты. Результат — ужасающий по современным меркам сферохроматизм, ужасная хроматика по полю, большая кривизна поля (не такой уж он и «План»). Разрешение на матрице составляет всего ~30 лин/мм, что по нынешним меркам никуда не годится ни для какой камеры, строго говоря. До дифракционного качества совсем не дотягивает — можно смело его диафрагмировать, если сильно охота пользоваться для фото. Объектив у меня в руках был вживую, мне он не понравился вообще. Единственный его плюс — большое рабочее расстояние (~13 мм). Схема, однако, показалась мне любопытной, захотелось поиграться с этим гибридом Таира и Рихтера — объективы с менисками мы любим, да.
По мере исполнения расчета с использованием самых новых материалов каталога CDGM я с ужасом наблюдал, как 5 линз превращаются легчайше в 6, а потом пришлось сдаться и пощепить еще раз — и вот их уже 7, а я уперся в материалы и во всякие критичные отрезки и расстояния. Качество выросло сказочно, поле увеличено вдвое, хотя светосила, то есть числовая апертура, выросла лишь немного. 10x0.22 — это некая аллюзия на распиаренный и продаваемый втридорога советский объектив ОПХ-10Л ЛОМО 10х0.22. Единственное, хотелось все же получить разрешение 50 лин/мм, а не 45, но достичь дифракционного предела мне не позволял уровень хроматизма.
Но я все же не зря долгое время «курил» чудесную диссертацию, выполненную неким китайцем под руководством видного профессора Герберта Гросса из Йены (у него и лекции хороши). Насмотревшись на 12-15 линзовые Митутойо я пустился во все тяжкие и «запилил» тройную склейку на месте одиночной ED-линзы в 10x0.22 объективе, притом задрав ему апертуру до классических 0.25 и, в общем-то, сделав его апохроматом (400-750 нм) с околодифракционным качеством и большим рабочим расстоянием 11 мм. Объектив показывает себя терпимо даже в ИК-диапазоне до 1000 нм. Ох, это сильно не то, что называлось «Апо» в СССР: те были по-прежнему исправлены лишь от 450 до 650 нм, да еще и со всякими «нечестными» приемами типа компенсации искажений в специальном окуляре. В моем объективе линз стало уже 9, но зато какой эффект: пятнышко удалось вписать в кружок дифракционного диска Эйри!
Практически уверен: ни у одного производителя сегодня такой игрушки нет. Но может и когда-то будет. Может даже из-за меня.
