De juiste objectief-oculair combinatie

Om een goed microscopisch beeld te krijgen is het belangrijk dat objectief en oculair op elkaar zijn afgestemd. In de regel is het zo dat microscoop-fabrikanten hier zorg voor dragen en dat een objectief-oculair combinatie van dezelfde fabrikant optimaal is. Dit is meestal het geval, maar lang niet altijd.  Regelmatig zie ik dat bepaalde optische combinaties van verschillende merken een beter resultaat geven dan combinaties van hetzelfde merk.

De afbeeldings-kwaliteit van een oculair is het meest belangrijk wanneer men foto's gaat maken omdat daar eventuele optische fouten pas goed opvallen. Onderstaande testen zijn met name gericht op het gebruik van oculairen voor de fotografie.

De kwaliteit van een optische combinatie is het beste te beoordelen met een diatomeeën-preparaat of met een object-micrometer. Maar ook een gekleurd of vers planten-preparaat kan hiervoor dienst doen. Bij objectieven 2.5 - 10 vind ik wit zand goed materiaal om chromatische aberratie mee te testen.

De testen die volgen zijn gebaseerd op het gebruik van een camera-objectief dat dienst doet als relais-optiek tussen oculair en sensor. Als camera heb ik een Olympus PEN E-PL1 gebruikt met een Sigma 30 mm objectief of een Olympus 17 mm Pancake lens. Met de Pancake lens is het mogelijk om het gehele microscoopveld te fotograferen en zodoende eventuele optische aberraties tot aan de rand van het gezichtsveld goed te kunnen detecteren.

Compenserende oculairen

Het beeld van de meeste objectieven met een eindige mechanische tubuslengte (veelal 160 of 170 mm) is niet uitgecorrigeerd en bevat nog restfouten die door de bijbehorende oculairen zo goed als het kan worden verwijderd. Bij Zeiss gebeurde dat door een tegengestelde fout in de oculairen in te bouwen. Deze oculairen worden compenserende oculairen genoemd en ze heffen de resterende beeldfouten van het objectief op. Naarmate de objectief-vergroting toeneemt ontstaan er meer optische fouten in het beeld dat alleen door het objectief gevormd wordt. Deze fouten worden sterk gereduceerd met compenserende oculairen. Compenserende oculairen worden vaak aangeduid met met C of K. Bij Zeiss bijvoorbeeld staat er op de oculairen een K (Carl Zeiss Jena en Zeiss-Winkel), PK (Carl Zeiss Jena)  of C, CPL, Kpl, KF (Zeiss Oberkochen). De sterker vergrotende achromaten en alle beter gecorrigeerde objectieven zoals planachromaten (plan) fluoriet objectieven of (plan) apochromaten hebben compensatie nodig en werken in de regel het beste met een compenserend oculair van dezelfde fabrikant. Achromaten met een lage vergroting (2.5x -10x) hebben in de regel minder of geen correctie nodig en worden door compenserende oculairen te sterk gecorrigeerd waardoor er een beeld met duidelijke chromatische aberratie ontstaat.

Een goed voorbeeld van een optische mismatch tussen objectief en oculair van dezelfde fabrikant is het Carl Zeiss / Zeiss 3.2/0.07 objectief. Carl Zeiss Oberkochen maakte alleen maar compenserende oculairen (zie boven) en die oculairen werken prima met alle objectieven van Zeiss die in Oberkochen werden geproduceerd (inclusief de 10/0.22 achromaten) behalve met de 3.2/0.07 achromaat. Duitse microscopisten noemen het 3.2/0.07 objectief wel eens "Flashenboden", wat vrij duidelijk aangeeft dat het beeld niet geweldig is wanneer het gebruikt wordt met een van de compenserende oculairen van Carl Zeiss. Maar wanneer dit objectief gecombineerd wordt met een willekeurig niet- of minder compenserend oculair dan wordt het beeld sterk verbeterd zoals de volgende experimenten laten zien.

Afb. 1. Zandkorrels gefotografeerd met een Carl Zeiss 3.2/0.07 objectief. Links met Carl Zeiss C10x oculair, rechts met Olympus 10x oculair.

Afb. 2. Preparaat van een stengeldoorsnede gefotografeerd met Carl Zeiss 3.2/0.07 objectief en met Olympus, Euromex en Carl Zeiss (CZ) oculairen. Bij de CZ oculairen is er vooral naar de rand toe een sterke chromatische aberratie zichtbaar.

Zeiss-Winkel

Een ander voorbeeld waarbij oculairen van een andere fabrikant betere resultaten kunnen geven zijn de objectieven van Zeiss-Winkel. De Zeiss-Winkel 10/0.25 achromaat heeft net als bovenbeschreven Carl Zeiss objectief nauwelijks compensatie nodig. Dit objectief werkt eveneens het beste met een niet-compenserend oculair, bijvoorbeeld een merkloos Huygens oculair.

Afb. 3a. Epidermis van een blad van Yucca filamentosa gefotografeerd met een Zeiss-Winkel 10/0.25 objectief. A: Euromex 10x oculair. B: Zeiss-Winkel 8x oculair. In de onderste foto is naar de randen toe veel meer onscherpte zichtbaar dan in de bovenste afbeelding.

Afb. 3b. Object-micrometer gefotografeerd met een Zeiss-Winkel 10/0.25: A: naamloos 10x oculair. B: Zeiss-Winkel 10x oculair. Met een naamloos oculair wordt met deze oude achromaat de gehele micrometer-schaal scherp afgebeeld!

Zeiss-Winkel 40/0.65 achromaten geven het beste beeld wanneer ik Olympus P of WF oculairen gebruikt. De volgende test is gedaan met een Zeiss-Winkel 40/0.65 objectief. Zeiss-Winkel had zowel compenserende oculairen (K) als oculairen die minder sterk corrigeren en waar behalve de vergroting verder niets op staat. Voor deze test heb ik een object-micrometer gebruikt. Net als bij de vorige tests heb ik een Olympus PEN E-PL1 camera met een Sigma 30 mm lens gebruikt.

Afb. 4. Object-micrometer gefotografeerd door een Zeiss-Winkel objectief 40/0.65. Met als oculairen, van boven naar beneden: Olympus P10x, Zeiss-Winkel 10x en Zeiss-Winkel K8x. Ook hier is aan de zijkanten de chromatische aberratie duidelijk zichtbaar bij gebruik van Zeiss-Winkel oculairen.

Compenserende oculairen van Carl Zeiss Oberkochen

In de volgende testen worden C10x, CPL W 10x, KF 10x en Kpl 10x W met elkaar vergeleken. De C oculairen hebben de minste correctie en de Kpl oculairen compenseren het meeste. Bij alle planachromaten, (plan) neofluaren en (plan) apochromaten kan men het beste Kpl oculairen gebruiken. Het meest tegenvallend zijn naar mijn mening de CPL oculairen. Deze oculairen laten een duidelijke kussenvormige vertekening zien. Geen wonder dat CPL oculairen soms "Cheap Plastic Lenses" werden genoemd......

Afb. 5. Object-micrometer gefotografeerd met een Carl Zeiss Plan 25/0.45 en CPL W 10x oculair. De maatstrepen zijn aan de randen duidelijk gekromd door kussenvormige vertekening.

Het effect dat een kussenvormige vertekening op het beeld kan hebben wordt duidelijk aan de hand van een preparaat met Arachnoidiscus. In afbeelding 6 is het hele beeldveld te zien van het preparaat waarbij het middelste exemplaar van Arachnoidiscus naar de rand wordt verschoven. Door de kussenvormige vertekening van het CPL W 10x oculair wordt de diatomee ovaal vervormd.

Afb. 6. Het middelste exemplaar van Arachnoidiscus (A) wordt naar de rand verschoven (B) waarbij de diatomee ovaal vervormd wordt. In het linker beeld is de vervorming tevens zichtbaar bij de aan de rand liggende exemplaren. Carl Zeiss Plan 25/0.45 en CPL W 10x.

Afb. 7. Uitsneden uit afbeelding 6. A: in het midden gelegen exemplaar. B: hetzelfde exemplaar, maar nu naar de rand verschoven. Naast ovale vervorming is aan de rand chromatische aberratie zichtbaar.

In de volgende afbeeldingen is de object-micrometer gefotografeerd met de andere oculairen. Zelfs de afbeeldings-kwaliteit van het C10x oculair is beter dan met CPL W 10x.

Afb. 8. Object-micrometer gefotografeerd met Carl Zeiss Plan 25/0.45 en C10x oculair. Zeer geringe kussenvormige vertekening aan de randen.

Afb. 9. Object-micrometer gefotografeerd met Carl Zeiss Plan 25/0.45 en KF 10x oculair. Geen kussenvormige vertekening maar iets mindere plan-correctie dan met Kpl 10x W oculair.

Afb. 10. Object-micrometer gefotografeerd met Carl Zeiss Plan 25/0.45 en Kpl 10xW oculair. Beste correctie, geen kussenvormige vertekening en optimale plan-correctie.

Afb. 11. Uitsneden uit de vorige afbeeldingen waarbij de object-micrometer helemaal aan de linkerkant van het gezichtsveld zichtbaar is. Alleen het Kpl 10x W oculair geeft over het gehele gezichtsveld een beeld zonder artefacten.

Oculairen voor Olympus 37 mm objectieven

Olympus microscopen met 37 mm objectieven werden met verschillende typen oculairen uitgerust. Hoefijzer statieven werden vaak geleverd met 2 of 3 oculairen zoals een 5x, 10x en een P10x oculair. Naast deze standaard vergrotingen waren er nog  7x, P7x, 15x en P15x oculairen. Binoculaire microscopen werden voorzien van groothoek oculairen zoals de WF10x lenzen. De P- en WF oculairen hebben de hoogste graad van correctie en zijn geschikt voor de beter gecorrigeerde objectieven, planachromaten en achromaten vanaf 40/0.65 en hoger. Voor minder vergrotende achromaten zijn er de gewone Huygens oculairen 5x, 7x en 10x. Wanneer er een P op een oculair staat dan betekent dat in het algemeen een betere correctie, bij Olympus werd er een 'photo eyepiece' mee aangeduid. Hieronder volgen enkele testen waarbij weer duidelijk wordt dat voor gewone achromaten verschillende oculairen noodzakelijk zijn om er per objectief het beste uit te halen.

Afb. 12. Object-micrometer gefotografeerd met een Olympus 10/0.25 objectief. A: Olympus 10x oculair. B: Olympus P10x oculair, hier is aan de randen chromatische aberratie te zien veroorzaakt door over-correctie.

Afb. 13. Object-micrometer gefotografeerd met een Olympus plan 20/0.40. A: Olympus 7x oculair. B: Olympus P7x oculair. Duidelijke chromatische aberratie aan de randen met het 7x oculair. Dit objectief heeft weer wel de extra compensatie van een P oculair nodig.

Afb. 14. Object-micrometer gefotografeerd met een Olympus Plan 40/0.65 en drie verschillende Olympus oculairen. Chromatische aberratie en geringe kussenvormige vertekening is aan de randen zichtbaar met een Olympus 10x oculair (A). Betere correctie wordt bewerkstelligd met een Olympus P10x (B) en Olympus WF10x (C) oculair. P10 en WF10x hebben een vergelijkbare correctie maar het gezichtsveld is bij WF10x aanzienlijk groter.

Tot slot nog een combinatie van verschillende fabrikanten: het Olympus Plan 40/0.65 met een merkloos oculair waar alleen 8xP op staat. Een perfecte match, zo blijkt.

Afb.15. De combinatie Olympus Plan 40/0.65 en een merkloos 8xP oculair laat geen noemenswaardige aberraties zien.

Conclusie

Combinaties van objectieven en oculairen van dezelfde fabrikant hoeven niet altijd het beste resultaat op te leveren. Met name bij oudere achromaten loont het zich om zelf wat te experimenteren. Om het beste uit achromaten te halen zijn verschillende oculairen nodig die meer of minder corrigeren en waarbij de lage objectief-vergrotingen weinig tot geen correctie nodig hebben. De juiste objectief-oculair combinatie bepaalt men het beste experimenteel en door kritisch het microscopische beeld te beoordelen met daarvoor geschikte test-preparaten.