显微镜头摄影测试第4部分: 工业微距变焦镜头测试

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Unitron Zoom 1:6.5, Navitar Zoom 6000, Optem Zoom 70

显微镜头摄影测试第4部分: 工业微距变焦镜头测试
图1.上图:Optem Zoom 70,具有光圈控制,精细对焦模块,2倍附加镜头和90度非反转棱镜。
中:Unitron Zoom 1:6.5,带有RMS至C型安装适配器管。
底部:带精细对焦模块的Navitar Zoom 6000。

我回顾了 Unitron Zoom 1:6.5图1,中间),是一种工业级微距变焦镜头,当安装在距传感器平面170 mm处时,其焦距为1:6.5的变焦比,放大倍率在0.7倍至4.7倍之间。数值孔径的范围从0.026(在放大率范围的低端)到高端的0.070。支架使用标准RMS螺纹。还显示了在内部(RMS)和外部(C型安装螺纹)表面上都有螺纹的套筒。它用于将透镜安装在内径为23 mm的Unitron管的底部(即,用于标准显微镜目镜)。该套筒提供了约20 mm的精细聚焦,但以改变镜筒长度为代价,因此导致镜头无法完美地共焦,并且在更改变焦倍数时需要重新聚焦。或者,

所述Navitar的缩放6000图1(底部)是具有与上述相同的光学规格的另一个镜头。据我所知,这些Unitron和Navitar镜头的光学元件和内部机械组件在最小的细节上都是相同的(下面有特别说明)。我坚信,这两种镜片的基本光学组件都来自同一家工厂和生产线。从外观上看,这些镜头彼此截然不同。Zoom 6000使用相当宽(最大点为33.3毫米)的圆锥形刺刀连接至显微镜,并具有一个小的变焦环,可通过镜筒的两个插槽进行操作。Navitar Zoom 6000是重新命名的Optem RetroZoom 65(反之亦然),或者是在稍有不同的镜筒中使用相同光学组件的镜头。

我的标本具有3mm的精细聚焦范围,该范围由镜头底部附近的橡胶涂层环控制。此环可前后移动前元素组。它的旋转范围很小(小于45°),并且难以精确控制。其他一些型号的对焦范围为10毫米。可以使用镜头随附的小翼形螺丝将变焦环和微调焦环锁定。如果使用变焦距指旋螺钉,将不可避免地损坏环的金属表面。

显微镜头摄影测试第4部分: 工业微距变焦镜头测试
图2.带可变光圈选项的Optem Zoom 70。

所述Optem缩放70图1,顶部,和图2)于2001年推出,根据其制造商/销售商的说法,它是一种现代设计,而上面讨论的另外两个镜片据说使用了30年的设计。虽然这种说法似乎暗示着Zoom 70是一个比其前代产品更好的设计,但我还是会毫不犹豫地接受它。毕竟,蔡司Luminars和其他显微显微镜头虽然年代久远,但仍然无与伦比。变焦70提供了稍长的变焦范围(0.75倍至5.2倍,或1:7的变焦比)。尽管如此,它具有更宽的数值孔径(0.024-0.080),这潜在地意味着受衍射限制的更高的最大分辨率,并且下部模块的前透镜比上述变焦镜头的前透镜宽得多。

Zoom 70由两个模块组成。上部模块包含变焦光学器件和可变光圈(如果有)。下部模块包含一个前光学组件,以及一个视所选的选项而定的上,下移动该组件的精细聚焦机构,一个用于安装附加镜头的前螺纹安装座和/或轴向照明光学组件。或者,前模块可以包含一个适配器,用于安装特殊物镜或经无穷大校正的显微镜物镜,以代替前光学组。尽管可以将下部模块与上部模块分离,但是没有任何下部模块,就不能单独使用上部(缩放)模块。

缩放比例为1到7,但是上部模块具有0.75x的内置放大倍数。这不是内部变倍透镜的结果,而仅仅是无法更改的设计规格。计算最终放大倍数时,只需考虑此缩小系数即可。镜头通过1“ x 32T螺纹连接到显微镜(即,在机械上与通常用于视频镜头的C型安装座相同,但当然没有相同的对准距离)。在其原始配置中(图1(顶部),我的标本通过一个1/2英寸长的适配器连接到系统的其余部分,该适配器将C螺纹转换为25.2毫米的锥形卡口,供系统的其他附件使用。此卡口的结构类似,但比上面讨论过的Navitar镜头所使用的卡口要小得多。在Navitar品牌的产品中使用的卡口甚至更小(23.7毫米),因此在订购用于构建系统的零件时,必须确保真正需要哪一个。

该镜头如上图所示,通常由我自己使用,将匹配的2倍附加镜头拧入前支架。这会增加数值孔径(因此可能还会增加最大分辨率),将工作距离减少到大约一半,并将变焦范围增加到1.5x-10.4x。使用此附加镜头可将Zoom 70完全置于微距摄影范围内,这对我来说最有用(我发现使用1倍及以下的传统微距镜头更为舒适)。

请注意,还有一个Optem Zoom 70XL,其外观相同,但制造时无需维修即可延长机械寿命。我认为,这种差异仅与工业环境中使用的电动变焦有关,该变焦镜头的变焦环由伺服电机非常频繁地操作,并且比手动操作磨损得更快。对于显微显微摄影,尤其是如果您寻找二手物品,请尝试获取手册(XL或非XL)模型。Zoom 70XL目前正在生产中,但是我在当前产品中找不到Zoom 70。还有一个Navitar Zoom 7000,与本页讨论的镜头完全不同。

缩放模块顶部的滚花环是该模块的内置选项(即,订购缩放模块时必须指定的选项,以后不能添加)。它几乎可用于所有这些缩放模型,尽管在eBay上刊登的材料中很少见到。它是一个可变光圈环,用于控制内部光圈(图2)。这在一般的显微显微摄影中非常理想,因为它可以控制DOF(景深),并与衍射兼容。但是,在这些镜头的工业应用中很少见到此功能。我相信主要原因是这种类型的透镜通常用于检查半导体晶片和PC板。因此,对象非常平坦,并且需要非常有限的景深。这些镜头在光圈完全打开的情况下可提供最佳分辨率,而关闭光圈则会降低分辨率。但是,在某些主题和情况下,较高的自由度可能值得在细节上有所损失。Zoom 70的光圈有很多叶片(至少17个),并且轮廓非常圆润。它从11毫米减小到1.2毫米,或大约7个挡块。过度关闭会导致衍射引起的可见分辨率损失。

拆卸和重新对准这些镜头

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图3.拆卸Navitar Zoom 6000。

可以通过松开镜头座后部附近的三个定位螺钉来拆卸Navitar Zoom 6000(图3)。)。螺丝头可以在工厂内填充环氧树脂,可以用金属牙签或带有钝头的粗针将其除去(以免刮伤金属零件)。这些螺钉还可用于将变焦环上的标记与固定镜筒上的索引标记对齐,有时在二手样品中未对齐。重新对准只需要稍微拧开螺丝,就足以使套筒中的枪管转动。Optem Zoom 70可以以相同的方式拆卸和重新对准。在具有可变光圈的镜头中,例如上面讨论的Zoom 70,可能需要先卸下光圈环(通过从显微镜/相机镜筒上卸下镜头,从而释放光圈环)来拧紧固定螺钉。

可以用手拧开Unitron Zoom 1:6.5的前组,但是要进一步拆卸,需要使用特殊的扳手。松开安装座附近镜筒上的两个小紧定螺钉,即可重新对准Unitron镜头。

在所有这些镜头中,镜筒应对齐,以便当最低放大倍率标记与索引对齐时,变焦环将停止旋转。在变焦范围的另一端,Unitron和Navitar镜头略微超过最高放大倍数的标记。这是正常现象,因为最后的标记是4.5倍,而这些镜头达到4.7倍。请注意,Optem和Navitar变焦具有两个暴露变焦环的窗口,但是其中只有一个带有索引标记。要用相对的手指抓住变焦环,必须有两个窗口。仅用一根手指就不能可靠地操作此环。

我建议您不要将变焦镜筒分解成组件,尤其是除非绝对必要(不要去除会影响图像质量的雾化或大的异物),否则不要从镜筒中取出光学元件。从安装座上取下镜头可能需要与仅在装配变焦镜筒的工厂中可用的仪器重新对准,以免降低系统的光学性能。

选择变焦型号和配件

上述公司和其他公司也可提供工业用微距变焦镜头的其他型号,变焦比最大为16。我没有测试任何一个。从它们的规格来看,就分辨率和低失真而言,它们至少与本页上讨论的模型一样好,但前提是它们用于相对较小的传感器(1/2至3/4英寸)。除非使用附加的光学元件,否则它们似乎不足以适合较大的数码单反相机传感器。这可以通过使用安装在相机镜筒中的2倍光学组来解决,尽管这样做的代价是相机端的绝对分辨率会相应降低。该光学组件必须具有良好的质量,并且必须专门设计用于大型传感器,以免产生不可接受的像差。不管这个 即使使用2x适配器,制造商也不建议在大型传感器上使用某些具有最高变焦比的变焦(尤其是1:10及以上)。另一方面,像本页上讨论的那样,缩放比例受更限制的缩放在使用大型传感器时性能要好得多,并且通常不需要这种适配器就可以产生可接受的DSLR传感器覆盖率。与安装在标准23 mm显微镜镜筒上的镜头相比,使用大内径的摄像机镜筒(例如Navitar镜头)引起渐晕的可能性较小。大型传感器的性能要好得多,并且通常不需要这种适配器就可以产生DSLR传感器可接受的覆盖范围。与安装在标准23 mm显微镜镜筒上的镜头相比,使用大内径的摄像机镜筒(例如Navitar镜头)引起渐晕的可能性较小。大型传感器的性能要好得多,并且通常不需要这种适配器就可以产生DSLR传感器可接受的覆盖范围。与安装在标准23 mm显微镜镜筒上的镜头相比,使用大内径的摄像机镜筒(例如Navitar镜头)引起渐晕的可能性较小。

埃德蒙光学(Edmund Optics)曾经销售过重新贴牌的Navitar型号(尽管目前不是6000)。上面讨论了不同品牌的某些模型之间的相似性。因此,似乎其中一家公司,或者可能还有另一家公司(我的猜测:Optem / QiOptiq)充当了预组装光学系统和子系统的提供商,并将以不同的品牌销售。实际上,这意味着通过货比三家并了解不同的品牌,您可能能够以较低的价格获得相同的光学元件。

这些镜头的新标本的成本相对较高(大约在600至1500欧元之间,具体取决于基本模块和配件),但仅比用于数码单反相机的优质微距镜头高很多。二手甚至是未使用过的,仍然密封的标本经常在eBay上出售,有时价格仅为原价的1 / 3-1 / 4。在eBay上很难找到配件。通常,它们与或多或少完整的二手系统捆绑在一起,有时,孤立的配件以不合理的高价进行广告宣传,在某些情况下甚至超过了新设备的标价。总体而言,这些工业变焦镜头完全在严肃的业余爱好者的能力范围之内。但是,在显微显微摄影爱好者中似乎几乎没有这些镜片的知识。 Zeiss Luminars和Leitz Photars,或使用并非主要用于此目的的放大透镜和其他光学系统。

这些变焦镜头主要设计用于高分辨率摄像机(尽管自然也可以在显微镜中用于直接视觉观察,以及与静态摄像机耦合),并且具有多种基本配置。一些型号具有与电动马达耦合的变焦环,有时还包括精细对焦环。这些模型通常在无尘室环境中用于计算机控制的操作,价格昂贵,并且对于显微显微摄影中的手动使用不理想。如有必要,可以卸下马达和齿轮,并手动控制镜头。但是,如果提供二手电动变焦,请避免长时间使用机械磨损的标本(这是这些镜头损坏的主要原因)。最适合显微显微术的模型,而且更便宜的是那些具有手动缩放控制功能的产品。其中一些型号还具有一个额外的环(通常在镜头前部附近),用于精确对焦。此功能可能有用,但并非必不可少。在任何情况下,都必须添加对焦架,因为内置的精细对焦范围不足以用于一般用途。Unitron变焦通过螺纹套筒的形式增加了良好的聚焦,该套筒连接到标准直径的显微镜管(图1)。

由于可变光圈安装在光学元件的后部(与通常在光学元件之间位于通用相机镜头中的可变光圈不同),某些独创性可以允许在缺少光学元件的镜头中添加此功能。例如,代替隔膜,可以增加一个滑块,该滑块带有三个或四个直径不同的钻孔作为固定孔,从而以一种非常简单的方式提供基本相同的功能。对于半永久使用,可以通过将合适尺寸的黑色喷漆垫圈放在镜头座附近的某个地方来实现更窄的光圈。在这些镜头中,可选的光圈安装在镜头后表面的背面约10毫米处,并且非常靠近镜头座。它与后部元素的距离似乎不是很关键,

其他选件和附加模块包括同轴照明器,用于增加或减小总放大倍率的旋入式匹配镜头,偏振器,检偏镜和DIC棱镜,用于在变焦镜头前安装无穷大校正显微镜物镜并显着提高总放大倍率的适配器(以上)在某些情况下为1000倍),用于将镜头连接到不同类型的视频和静态相机的套管以及用于覆盖不同尺寸传感器的光学适配器(尽管请参阅本页底部的我的评论)。

要考虑的另一个因素是,典型的尼康DSLR的24 x 18毫米传感器等效于30毫米图像圈,即实质上大于1英寸。几种工业变焦,特别是那些具有高变焦比的工业变焦,不能提供足够大的像圈,并且在这些相机中会导致拐角处的大量渐晕(和/或拐角附近的其他像差)。

Wild / Leica Macrozoom和Apozoom

Wild和后来的Leica制造了(并且Leica仍然制造)高端的“显微显微镜”,即设计用于显微照相范围(主要在8倍至40倍之间)的照相的复合显微镜。他们使用高质量的焦距变焦镜头(1:5 Macrozoom或1:6 Apozoom),与本页面中描述的相比更大,更重,更昂贵。但是,这些镜头是为与Wild / Leica宏观镜内置的套筒镜一起使用而设计的。我将在这里进一步讨论这些变焦镜头及其显微镜。

高倍率下的图像质量

这些工业变焦可使用的附件种类繁多,可能会诱使您选择其中之一作为昂贵,高倍率研究显微镜的相对低成本替代品的核心。但是,我应该警告您。这些变焦镜头主要是为低倍放大而设计的,任何尝试在大约50倍以上使用它们都可能会产生令人失望的结果,尤其是如果您打算使用要求苛刻的照明系统(例如相位对比和DIC)时。桑迪亚国家实验室(Sandia National Laboratories)的这份报告准确地描述了使用Navitar Zoom 6000的尝试,但这种尝试未能提供可接受的图像质量。

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4月 ago

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