Cesare Brizio

Approccio a basso costo per la fotografia con obiettivi da microscopio
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Low-cost approach to photography with microscope objectives
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Il sogno di emulare i giganti della fotomicrografia (artisti come Levon Biss, Charles Krebs, Séb Malo, Kamil Stajniak e molti altri ...) si arena sulla roccia più pericolosa: il costo dell'attrezzatura. Abbassando le proprie aspettative ad un risultato ragionevolmente buono, anche se tutt'altro che perfetto, si possono ottenere immagini soddisfacenti accoppiando l'obiettivo di un microscopio con qualsiasi dispositivo di imaging, videocamera o fotocamera, senza nemmeno bisogno di un microscopio completo.

The dream to emulate the giants of photomicrography (artists such as Levon Biss, Charles Krebs, Séb Malo, Kamil Stajniak and many others...) runs aground on that most dangerous of rocks: equipment cost. By lowering one's expectations to a reasonably good - although far from perfect - result, one can obtain quite satisfactory pictures by coupling a microscope objective with any imaging device, videocamera or photocamera, without even needing a full microscope.

La maggior parte degli obiettivi del microscopio sono costruiti per fornire immagini generate dalla luce trasmessa, passando attraverso sottili diapositive traslucide: la loro profondità di campo è marginale, fino a pochi centesimi di millimetro, e spesso la loro qualità dipende dall'uso di un oculare coordinato. In senso generale, è sconsigliabile utilizzare un obiettivo per luce trasmessa al di fuori del suo ambito d'impiego previsto, per riprendere immagini a luce riflessa di un soggetto opaco.
Ci sono anche obiettivi perfettamente adatti per la luce riflessa, come quelli usati nella metallurgia per gli esami di superficie, e gli obiettivi planari (vedi qui un buon manuale di base su questo argomento), in grado di correggere la curvatura del campo, sono preferibili.
In ogni caso, non si può dare per scontato che un dato obiettivo, direttamente accoppiato al dispositivo di imaging, funzionerà bene: servono prove, ed è saggio controllare quali marche e modelli sono utilizzate dai fotografi professionisti.
Grazie ai consigli di Stefano Zoia, rinomato esperto di fotomicrografia, ho acquistato un obiettivo Leitz 10/0.30 Pl fl, per lunghezza tubo di 170mm.

Most microscope objectives are built to deliver images generated by transmitted light, passing through thin translucent slides: their depth of field is marginal, down to a few hundredths of millimeter, and often their quality depends on the use of a coordinated eyepiece. In a general sense, is unadvisable to use a transmitted light objective out of its intended scope, to take reflected light pictures of an opaque subject,
There are also objectives perfectly suited for reflected light, like those used in metallurgy for surface examinations, and planar objectives (see here for a good primer on this subject), capable to correct for field curvature, are preferrable.
In any case, one should't take for granted that a given objective - directly coupled with the imaging device - will perform well - tests are needed, and it's wise to check which brands and models professional photographers use.
Thanks to the advice by Stefano Zoia, a renowned photomicrographer, I purchased a Leitz 10/0.30 Pl fl objective, for 170mm tube length.

Per posizionare un'immagine di qualità ottimale sul sensore del dispositivo di imaging, è necessario assicurarsi che la distanza tra l'adattatore obiettivo (il piano su cui è fissato l'obiettivo) e il sensore sia uguale alla lunghezza del tubo per la quale è stato progettato l'obiettivo.
Questo può essere ottenuto con un soffietto per macro o con tubi di prolunga rigidi, come ho fatto io.
I tubi o il soffietto saranno accoppiati con il dispositivo di imaging - per una videocamera, potrebbe essere necessario un adattatore per passo C. L'obiettivo da microscopio sarà accoppiato attraverso un anello T/T2 e un adattatore RMS (o M19 per obiettivi Zeiss).

To place an optimum quality image on the sensor of the imaging device, one needs to ensure that the distance between the objective adapter (the plane on which the objective is screwed) and the sensor is equal to tube length for which the objective is designed.
This can be accomplished by a macro bellows, or by rigid extension tubes - as I did.
The tubes or the bellows will be coupled with the imaging device - for a videocamera, this may require a C Thread adapter. The objective will be coupled by a T/T2 ring and an RMS (or M19 for Zeiss objectives) adapter.

Lo svantaggio principale quando si utilizzano obiettivi da microscopio è la dimensione molto piccola dell'area inquadrata. Questo problema viene esacerbato quando il sensore di imaging è più piccolo del diametro (circa 20 mm) dell'immagine generata dall'obiettivo. Ad esempio, il sensore della mia videocamera, una DeltaPix Invenio 8DII è 7,3 mm x 5,5 millimetri. Accoppiato con un obiettivo 10x, inquadra un'area di circa 0,6 mm di larghezza. Per contro, alla minore area inquadrata corrisponde la massima qualità di immagine, generata dalla sezione centrale delle lenti dell'obiettivo, a esclusione della periferia dell'immagine.
Al contrario, quando si utilizza un sensore full frame come quelli di molte fotocamere digitali, l'immagine ingaggia solo una parte circolare al centro del campo visivo: nonostante le correzioni create nell'obiettivo, la parte periferica dell'immagine mostrerà alcune distorsioni e sfocature, e sarà difficile o impossibile utilizzare la piena risoluzione della fotocamera.
Per le regolazioni fini, in particolare quando si scattano foto composite, che richiedono stack multi-colonna, serve un traslatore micrometrico x-y. Ho acquistato questo modello, mostrato in figura, e l'ho implementato con diversi portacampioni autoprodotti, adatti per spilli entomologici e per sfondi chiari o scuri.

The main drawback when employing microscope objectives is the very small size of the framed area. This problem is exacerbated when the imaging sensor is smaller than the diameter (around 20mm) of the image generated by the objective. As an example, the sensor of my videocamera, a DeltaPix Invenio 8DII is 7.3mm x 5.5mm. Coupled with a 10x objective, it frames an area around 0.6 mm wide. On the other hand, the smaller framed area corresponds to the maximum image quality, generated by the central section of the lens of the lens, excluding the periphery of the image.
On the contrary, when using a full frame sensor such as those of many photocameras, the image will engage only a circular portion at the center of the field of view: despite the corrections built in the objective, the peripheral part of the image will display some distortion and defocusing, and it will be difficult or impossible to use the full resolution of the camera.
For fine adjustments, particularly when taking composite pictures, requiring multi-column stakings, an x-y micrometric stage is required. I purchased this model, shown in the picture, and implemented it with several different self-made sample holders, suitable for entomological pins and for dark or clear backgrounds.

Il controllo micrometrico sull'asse Z può essere ottenuto mediante apposite rotaie micrometriche che si possono accoppiate a uno stand generico, nonché con il blocco di messa a fuoco di un microscopio, possibilmente con regolazioni grossolane e fini.
Possedendo un supporto Meiji Techno che uso con il mio macroscopio Short Unimac, ho deciso di costruire un semplice adattatore che consente di montare qualsiasi camera immediatamente sotto il braccio di supporto del microscopio. Ho acquistato un'estensione della colonna per ottenere la necessaria escursione verticale del blocco.

The micrometrical control on the Z-axis can be obtained by special micrometric rails that can be coupled to a general purpose stand, as well as with the focusing block of a microscope, possibly with coarse and fine adjustments.
Owning a Meiji Techno stand that I use with my Short Unimac macroscope, I decided to build a simple adapter that allows mounting any camera immediately under the microscope holding arm. I purchased a column extension to get the needed vertical excursion of the block.

Con l'obiettivo 10x, la distanza tra la parte anteriore dell'obiettivo e il soggetto è di circa 9 mm. Questo pone un problema di illuminazione: con uno spazio così piccolo sopra il soggetto, è necessaria un'illuminazione diffusa molto forte.
Ho modificato un illuminatore autocostruito preesistente basato su una striscia LED 12V non dimmerabile, trasformandolo in un piccolo soft box. L'intensità della luce viene regolata solo impostando un tempo di esposizione adeguato.

With the 10x objective, the distance between the front of the objective and the subject is around 9mm. This poses a lighting problem: with so small a space above the subject, one needs a very strong diffused light illumination.
I modified a pre-existing, self-built illuminator based on a non-dimmable 12V LED strip, changing it in a small soft box. Light intensity is adjusted only by setting a proper exposure time.

I primi risultati non sono stati troppo deludenti. Le immagini sono state catturate e impilate con il software DeltaPix InSight.
Click sulle immagini per ingrandirle.

First results weren't too disappointing. The pictures were taken and stacked with DeltaPix InSight software.

Tubercolo oculare di un ragno dalla Grecia, della famiglia Dysderidae. Larghezza immagine: circa 6mm, 3264x2472px. Z-stack di 32 immagini generato con DeltaPix InSight, obiettivo Leitz Pl fl 10/0.30, videocamera DeltaPix Invenio 8DII

Ocular tubercle of a spider from Greece, in the family Dysderidae. Image width: around 6mm, 3264x2472px. Z-stack of 32 images generated with DeltaPix InSight, objective Leitz Pl fl 10/0.30, videocamera DeltaPix Invenio 8DII

Dettaglio della testa di una vespa parassita del genere Torymus (specie auratus o affinis). Larghezza immagine: circa 6mm, 3264x2472px. Z-stack di 30 immagini generato con DeltaPix InSight, obiettivo Leitz Pl fl 10/0.30, videocamera DeltaPix Invenio 8DII

Detail from the head of a parasite wasp in the genus Torymus (species auratus or affinis). Image width: around 6mm, 3264x2472px. Z-stack of 30 images generated with DeltaPix InSight, objective Leitz Pl fl 10/0.30, videocamera DeltaPix Invenio 8DII

Il foraminifero Elphidium margaritaceum dalle cosste del Dorset. Larghezza immagine: circa 6mm, 3264x2472px. Z-stack di 39 immagini generato con DeltaPix InSight, obiettivo Leitz Pl fl 10/0.30, videocamera DeltaPix Invenio 8DII

The Foraminiferan Elphidium margaritaceum from the coasts of Dorset. Image width: around 6mm, 3264x2472px. Z-stack of 39 images generated with DeltaPix InSight, objective Leitz Pl fl 10/0.30, videocamera DeltaPix Invenio 8DII