Microfotografie met ‘hybride’ oculairen

Introductie

Bij microscopen met eindig-optiek (meestal 160 of 170 mm mechanische tubuslengte) kan microfotografie grofweg op twee manieren bedreven worden:

1. Afocale methode. Hierbij bevind zich een camera-objectief tussen oculair en sensor. De camera-lens fungeert als relais-optiek en vangt het door het oculair gecompenseerde beeld op.

2. Projectie door middel van een een speciaal projectief of oculair. Hier bevindt zich geen camera-lens tussen oculair en sensor en wordt het beeld door desbetreffend oculair op de sensor geprojecteerd.

Er is nog een derde manier die ik hier echter buiten beschouwing wil laten en dat is de directe projectie van het objectief-beeld op de sensor, zonder dat er een oculair aan te pas komt.

Lange tijd heb ik de afocale methode gebruikt maar na veel experimenteren met oculairen die dienst kunnen doen als projectie-oculair ben ik ervan overtuigd geraakt dat de tweede methode kwalitatief betere beelden oplevert. Bij de afocale methode zit er extra glas tussen oculair en sensor. Het staat vast dat hierdoor het beeld in het midden van het microscoopveld nooit beter zal worden. Elk extra optisch element in de stralengang kan het beeld potentieel doen verslechteren. En op elk extra glasoppervlak kunnen storende stofdeeltjes hechten.

Projectieven zijn speciale oculairen die het beeld van het objectief corrigeren en op de sensor projecteren. Voor fotografie met DSLR camera’s zijn met name de projectieven met lage vergrotingen geschikt. Een zeer gewild projectief is bijvoorbeeld het NFK 1.67x voor de Olympus BH2 microscoop. De prijs voor dit projectief op de tweedehands markt is echter vaak absurd. Niet alle microscoop fabrikanten hebben in het verleden bruikbare projectieven geproduceerd. Carl Zeiss bijvoorbeeld is op een gegeven moment de afocale weg ingeslagen en hierdoor werd en wordt fotografie met Zeiss microscopen met ‘eindig-optiek’ voornamelijk gedaan met een relais-lens tussen oculair en sensor. Wil men bijvoorbeeld met een Zeiss Standard microscoop zonder relais-optiek fotograferen dan kan een gewoon observatie-oculair (bijv. een Kpl10x) gebruikt worden als projectief wanneer de positie van dit oculair in de foto-tubus enkele mm wordt verhoogd. De resultaten hiermee zijn echter wisselend en vaak is er aan de randen van het beeld een duidelijke chromatische aberratie zichtbaar wanneer op deze manier wordt gefotografeerd.

Hybride oculairen

Ik bezit een tamelijk grote verzameling oculairen en op een gegeven moment vroeg ik mij af wat er zou gebeuren als ik twee verschillende oculairen van Zeiss zou combineren en dit zou gebruiken als projectie-oculair om mee te fotograferen. Zo verwisselde ik de ooglens van een Zeiss Kpl8x oculair met de ooglens van een Kpl10x oculair. Ik had eigenlijk alleen maar een slecht beeld verwacht maar het resultaat was verrassend. Niet alleen bleek het beeld op de camera parfocaal met het visuele beeld, er was ook nog weinig chromatische aberratie aan de randen zichtbaar. Het resultaat was aanzienlijk beter dan bij het gebruik van een verhoogd Kpl10x oculair. Het beste resultaat kreeg ik wanneer ik beide lensen van een Kpl10x oculair op een Kpl8x oculair schroefde. Dat het op deze manier beter werkt dan het verhogen van een normaal oculair heeft waarschijnlijk te maken met het vergroten van de afstand tussen veldlens en ooglens. Blijkbaar gaat een oculair op deze manier meer functioneren als een projectie-oculair. Bij sommige foto-oculairen kan de afstand tussen de twee lenzen ook gevariëerd worden, zoals bijvoorbeeld bij het Carl Zeiss FK10x oculair. In ieder geval wordt de chromatische aberratie grotendeels opgeheven. Naast Zeiss heb ik ook met Leitz en Olympus oculairen geëxperimenteerd. De resultaten hiervan worden hieronder getoond.

Als men met deze methode wil experimenteren dan is het belangrijk dat er een adapter gebruikt wordt waarmee de afstand tussen camera-sensor en oculair kan worden gevarieerd.

Zeiss

De combinatie van Kpl8x en Kpl10x heb ik met een objectmicrometer uitgetest op een aantal verschillende Zeiss objectieven. De beide lenzen van een Kpl10x oculair werden op een Kpl8x oculair geschroefd en enkele resultaten hiervan worden hieronder getoond. Dit hybride oculair geeft aanzienlijk minder chromatische aberratie dan wanneer een normaal Kpl10x of Kpl W10x in een verhoogde positie gebruikt wordt. Er treedt wel een geringe kussenvormige vertekening op maar deze is acceptabel. Met alle Zeiss objectieven die ik uitgetest heb, waaronder verschillende (plan)achromaten, Neofluaren en (plan) apochromaten werden bevredigende resultaten behaald. De testen werden gedaan met een Zeiss Standard 16 met trinoculaire tubus. Het hybride oculair werd niet in een hogere positie gebracht en de afstand tussen camera-sensor en oculair werd ingesteld totdat het beeld op de camera parfocaal was met het visuele beeld. Camera: Canon 600D.

Combinatie van een Zeiss Kpl8x en Kpl10x oculair in gebruik als projectie-oculair met de Zeiss Standard. De veldlens en de ooglens van een Kpl10x oculair werden op een Kpl8x oculair geschroefd.

Objectmicrometer gefotografeerd met een Zeiss Plan 10/0.25. Oculair-projectie met een hybride Kpl8x-Kpl10x oculair.

Objectmicrometer van boven naar beneden gefotografeerd met Carl Zeiss Plan 25/0.45, Neofluar 25/0.60 en Planapo 25/0./65. Projectie met hybride Kpl8x-Kpl10x oculair.

Objectmicrometer gefotografeerd met Zeiss Plan 40/0.65 (boven) en Zeiss Planapo 40/1.0 (beneden). Projectie met hybride Kpl8x-Kpl10x oculair.

Vergelijking tussen oculair-projectie met hybride oculair (boven) en een verhoogd Kpl W10x oculair (onder). Chromatische aberratie is duidelijk zichtbaar bij het normale oculair. Objectief: Carl Zeiss Plan 25/0.45.

Arachnoidiscus, gefotografeerd met Carl Zeiss Plan 25/0.45 en hybride Kpl8x-Kpl10x oculair. Dit is het volledige beeld zoals het door de Canon 600D werd opgenomen.

Links: een mos gefotografeerd met een Zeiss Planapo 25/0.65 en hybride Kpl8x-Kpl10x oculair. Rechts: de oranje rechthoek geeft het gedeelte van het microscopisch gezichtsveld aan dat gefotografeerd wordt met een Canon 600D camera. De cirkel heeft betrekking op een oculair met een gezichtsveld van 18, zoals bijvoorbeeld een Zeiss Kpl W10x/18 oculair.

Leitz

Met de Leitz Dialux-II en Laborlux-12 heb ik verschillende oculair combinaties uitgeprobeerd. Zo krijg ik met Leitz Fluotaren aan de Laborlux-12 goede resultaten met een oculair dat bestaat uit 3 verschillende oculairen: een Leitz 6x veldlens, een huls van een Olympus 5x oculair en een Periplan 10x ooglens. Nogal exotisch, maar het werkt goed met NPL-Fluotar objectieven. Bij de Leitz EF achromaten is er wat meer chromatische aberratie. De combinatie van een Olympus 5x oculair met beide lenzen van een Leitz Periplan GF10x werkt ook goed voor zowel EF-achromaten als NPL-Fluotaren maar gaat ten koste van de grootte van het beeld dat wordt vastgelegd.

Hybride oculair samengesteld uit 3 verschillende oculairen. Rechts: objectmicrometer gefotografeerd met dit oculair en een Leitz Fluotar 25/0.55 objectief aan de Leitz Laborlux-12. Camera: Canon 600D.

Epidermis van Dracaena gefotografeerd met Leitz Fluotar 25/0.55 en hybride oculair Leitz6x-Olympus5x-Periplan10x. Microscoop: Leitz Laborlux-12. Camera: Canon 600D.

Een van de meest recente en tevens beste combinaties die ik heb uitgetest bestaat uit de veldlens en ooglens van een oudere versie Periplan 8x oculair, verbonden met een Olympus 5x huls. Dit hybride oculair werkte goed met alle door mij uitgeteste Leitz 160 mm en 170 mm planachromaten, NPL Fluotaren en planapochromaten, zowel aan de Leitz Laborlux-12 als aan de Leitz Dialux-II. Er werden verschillende achromaten, planachromaten, NPL Fluotaren en planapochromaten uitgetest. Met dit hybride oculair is het beeld van de camera 100% parfocaal met het visuele beeld. Er is geen noemenswaardige kussenvormige vertekening zichtbaar.

A: Hybride oculair bestaande uit de veldlens en ooglens van een Periplan 8x oculair, verbonden met de huls van een Olympus 5x oculair. B: Origineel Leitz Periplan 8x oculair. C: Hybride oculair met een lengte van 54 mm. D: Ihagee adapter met hybride oculair op de foto-tubus van de Leitz Dialux-II. E: Aansluiting van de Canon 600D op de foto-tubus.

Objectmicrometer gefotografeerd met hybride oculair Leitz Periplan 8x/Olympus 5x. Boven: Leitz Plan 25/0.50. Onder: Leitz Pl Apo 25/0.65. Camera: Canon 600D.

Voor Leitz 160 mm en 170 mm achromaten / semi-planachromaten werkte het volgende hybride oculair goed: veldlens Leitz6x - huls Olympus 5x - ooglens Leitz Periplan 10x (oudere versie). Dit oculair is zo goed als parfocaal met de Olympus PEN E-PL1 camera aan de Leitz Laborlux-12 en is in de volgende afbeelding te zien.

Hybride oculair samengesteld uit de veldlens van een Leitz Huygens 6x oculair, de huls van een Olympus 5x Huygens oculair en de ooglens van een oudere versie Leitz Periplan 10x oculair. De totale lengte van dit oculair inclusief de veld- en ooglens is 55 mm. Dit oculair gebruik ik in combinatie met de Olympus PEN E-PL1 camera gekoppeld aan de Leitz Laborlux-12.

Objectmicrometer gefotografeerd met Leitz EF 25/0.50 en hybride oculair. Camera: Olympus PEN E-PL1 aan de Leitz Laborlux-12.

Objectmicrometer gefotografeerd met Leitz EF 25/0.50 en hybride oculair. Camera: Canon 600D aan de Leitz Laborlux-12.

Gekleurd preparaat van een plantenstengel gefotografeerd met Leitz EF 25/0.50 en hybride oculair. Camera: Canon 600D aan de Leitz Laborlux-12.

Olympus

Van een merkloos 5x oculair heb ik de ooglens eraf gedraaid en er een Olympus P7x ooglens op geschroefd. Het bleek een gouden vondst. Deze combinatie werkte zeer goed met verschillende Olympus objectieven met 37 mm en 45 mm parfocale lengte. Er is geen kussenvormige vertekening. Goede resultaten in combinatie met de Canon 600D camera werden bereikt met de volgende 37 mm Olympus objectieven:

Plan 10/0.25, Plan 20/0.45, Plan PL40/0.65, 40/0.65 en F40/0.65

De normale achromaten met lage vergrotingen (4x en 10x) zonder plan-correctie worden overgecompenseerd wat aanleiding geeft tot chromatische aberratie. Dit omdat het hybride oculair de ooglens van een compenserend P7x oculair heeft.

Wat betreft de 45 mm Olympus objectieven, in theorie zouden deze een andere compensatie nodig hebben dan de 37 mm versies omdat er ook andere oculairen en projectieven voor worden gebruikt. Toch werden ook met de volgende 45 mm objectieven goede resultaten behaald:

EA 4/0.10, EA 10/0.25. EA 40/0.65, A 10/0.25, A 40PL 0.65, D Plan 50/0.90, S Plan 20/0.46 en Splan 40/0.70

De tests heb ik uitgevoerd met zowel een Zeiss microscoop als een Olympus BH2 microscoop. De reden voor het gebruik van een Zeiss statief is de normale 23.2 mm tubus die het mogelijk maakt een Ihagee adapter te gebruiken en hiermee de afstand tussen oculair en camera sensor optimaal af te stellen. De afstand tussen oculair en camera sensor werd zodanig ingesteld tot er geen vignettering meer optrad en de sensor van de Canon 600D net volledig belicht werd. Met de Olympus BH2 kon ik deze afstand niet vrij instellen en heb ik een provisorische opstelling gebruikt waarmee de resultaten toch nog vrij goed waren. Alleen met 100x objectieven waren de resultaten wat minder (beide 37 en 45 mm bouwlengte en beide zonder plan-correctie). Gelukkig is dit objectief onder veel microscopisten niet zo heel populair.

Hybride oculair bestaande uit het onderste deel van een merkloos 5x Huygens oculair en de ooglens van een Olympus P7x oculair. De totale lengte van dit hybride oculair wordt 59 mm. Helemaal rechts is in oranje het gedeelte van het gezichtsveld te zien dat de sensor van de Canon 600D opneemt. Een zo groot mogelijk gedeelte van het gezichtsveld bij oculairen met veldnummer 18 (bijvoorbeeld Olympus WF10x) wordt gefotografeerd zonder vignettering.

Objectmicrometer gefotografeerd met een 37 mm Olympus Plan 20/0.40 objectief en hybride oculair. Camera: Canon 600D.

Objectmicrometer gefotografeerd met 37 mm Olympus Plan 20/0.40 objectief. Hier werd een Olympus FK2.5x projectief in combinatie met de Olympus OM-Mount Photomicro Adapter L. gebruikt. Duidelijk is dat hiermee een kleiner deel van het gezichtsveld wordt gefotografeerd als met het hybride oculair. Camera: Canon 600D.

Blaadje van een mos gefotografeerd met een 37 mm Olympus Plan 20/0.40 objectief en het hybride oculair zoals boven beschreven. Camera: Canon 600D.

Objectmicrometer (links) en pollen (rechts), gefotografeerd met Olympus S Plan 40/0.70 en hybride oculair.

De originele oculairen

Wie een verzameling oculairen van verschillende merken bezit kan vele combinaties maken. De kans is groot dat er een combinatie gemaakt kan worden die als projectie-oculair prima functioneert. Op het moment ben ik nog andere combinaties aan het testen dan diegene die hier werden besproken. Hieronder staan de originele oculairen afgebeeld die als basis dienden voor de hybride oculairen.

De originele oculairen die werden gebruikt en met elkaar werden gecombineerd. Van links naar rechts: Zeiss Kpl10x, Zeiss Kpl8x, Leitz 6x B, Olympus P7x Bi, merkloos 5x (metalen deel: 54 mm), Olympus 5x (metalen deel: 49 mm) en Leitz Periplan GF10x.

Conclusie en opmerkingen

Combinaties van verschillende oculairen kunnen goede resultaten geven als ze als projectie-oculair worden gebruikt. Er treedt aanmerkelijk minder chromatische aberratie op in vergelijking met een gewoon oculair waarvan de positie verhoogd wordt. Blijkbaar wordt door het vergroten van de afstand tussen veldlens en ooglens een deel van de kleurfouten opgeheven. Er kan een geringe kussenvormige vertekening optreden die in de meeste preparaten niet zichtbaar zal zijn. De mate waarin chromatische aberratie optreedt kan iets meer of juist minder zijn dan met de afocale methode. Bij de combinaties die ik heb uitgeprobeerd was de chromatische aberratie zeer gering. Het strekt aanbeveling verschillende combinaties van oculairen uit te proberen.

Zowel met de Olympus PEN E-Pl1 als met de Canon 600D waren de resultaten bevredigend. Met andere camera’s zou het ook moeten werken maar het is niet uitgesloten dat met bepaalde camera’s minder goede resultaten behaald worden.

Bij bepaalde combinaties zoals het Kpl8x-Kpl10x oculair is het deel van het gezichtsveld dat gefotografeerd wordt wat kleiner dan bij sommige afocale setups. Daarentegen wordt bij het 5x-P7x hybride oculair een zeer groot gedeelte van het gezichtsveld bij veldnummer 18 vastgelegd.

Persoonlijk vind ik het niet storend als een kleiner deel van het gezichtsveld wordt opgenomen. Afgezien van beeldvullende histologische preparaten zie ik zelf niet de meerwaarde ervan om zo veel mogelijk van het gezichtsveld te fotograferen. De kwaliteit van het beeld zal in het midden van het gezichtsveld altijd het beste zijn. Wat je wilt fotograferen ligt normaal gesproken ook in het midden en niet aan de rand van het microscoopveld. Bovendien wordt het volledige sensor-oppervlak gebruikt voor een kleiner deel van het microscoopbeeld en dat levert een hogere fotografische resolutie op.

Het voordeel van deze methode t.o.v van de afocale methode is de eenvoudige en compacte camera-opzet en het ontbreken van extra glas tussen oculair en sensor. Bovendien hoeft niet geïnvesteerd te worden in een camera-objectief of een duur en moeilijk te vinden speciaal projectief.

Soms is het goed om eens een beetje wild te experimenteren in plaats van vast te houden aan de gangbare 'regels'. Ik kan het iedereen aanbevelen.

 

Graag zou ik feedback ontvangen van mensen die deze methode gaan uitproberen. Tevens zou ik het op prijs stellen dat verwezen wordt naar deze website als de methode elders genoemd gaat worden.