長坂蛾庭

2016年10月13日

BHC無限遠補正化

カテゴリー: 2.道具, 顕微鏡 — Hepota2 @ 20:15

オリンパスの生物顕微鏡(BHC)に無限遠補正系の対物レンズを付けて撮影する方法についてまとめました。
撮影専用で、アイピースで覗くにはヘッドと対物レンズの交換作業が必要になります。
私の場合はBHCがもう一台あるので特に問題ないです(いつのまにか増殖してました)。
パソコンのモニター画面に表示できれば良さそうですが、それについてはまだ調べてません。

私が観察対象にしているコナジラミという昆虫は長辺が0.5~2mmと生物顕微鏡で観察するにはやや大きめです。それでいて細かい形質を見る必要があるので、できるだけ高解像度で一枚の写真にまとめたいというのが目的であります。ここでの方法が一番ワイドフィールドにできると思います。

別なメリットとして、プリズムのカビとかホコリの影響を減らすことができます。

またヘッドが不要なので鏡基はかなり安く入手できると思います。

対物レンズ
対物レンズ単独で収差が補正されている必要があります。今回入手したのはオリンパスUIS2システム用の UPlanSAPO 10x 0.40 ∞/0.17 と UPlanSAPO 20x 0.75 ∞/0.17です。ebayでそれぞれ6諭吉ほどでした。
取り付けネジはRMSでBHCと同じです。アダプタを必要とする場合は、大きさ的な問題と解像度低下の可能性があるので注意が必要です。
UIS2では同焦点距離が45mmと伸びていますがこれについては問題無さそうです。
オリンパスの生物顕微鏡用としては最高峰のレンズだと思うのですが像面湾曲がかなり酷い気がします。単独補正されていないのかなぁ。深度合成するのでそれほど大きな問題ではありませんが… またFN26.5というのはかなりイカサマくさいです。アイピースを通した目視を想定した数字かもしれません。

結像レンズ(Tube lens)
フォーサーズ機だと125~200mmぐらい、APSCサイズだと180~300mmぐらいが良いと思います。以下の3本をテストしてみましたがNikon135mmは色にじみが出たのでRaynoxのレンズを使おうと思ってます。
(1) Raynox DCR-250 (f=125mm)
(2) Raynox DCR-150 (f=200mm)
(3) Nikon 135mm F3.5

42Φアリガタ
正式な名称はよくわかりませんがここでは42Φアリガタとしておきます。鏡基とヘッドを取り付けるあの部品ですね。ebayから購入しました。「Olympus Dovetail t-mount」等で検索すると出てくると思います。反対側はT-マウントオスネジになってます。ピッチが1mmと0.75mmのものがあるので注意してください。今回購入したのは0.75mmの方です。ネジの仕上げ精度が良くありませんでしたが実用的には問題ないと思います。アルミ製なので少しずつ削れていく気がします。内側はギラギラだったので黒塗りしました。

Raynox用アダプタ
ボーグのM57部品には内側にM52のフィルターネジが切ってあるものがあるのでそれを使ってRaynoxのレンズを埋め込みます。Raynoxは逆向きにするのが正しいはずで比較テストは行ってませんが問題無さそうなのでそのまま使ってます。
42Φアリガタ/M42P0.75オス -> ボーグ7528 M42P0.75メス/M57P0.75メス -> ボーグ7457 M57P0.75オス/M57P0.75オス/M52P0.75メス ->(内側), (外側)
(内側) ステップダウンリングM52オス/M46メス -> ステップダウンリングM46オス/M43メス -> DCR-250
直接M52->M43に落とす中華製のリングがある。
(外側) M57リング -> カメラマウントアダプタ
外側は無限遠に焦点が合うようにボーグM57リングを挿入します。途中にドローチューブを挿入すると便利です。ディスカバーフォト等で扱われている中華製の激安マクロ接写リングのニコン用はM57P0.75なので互換性があります。ただしボーグのオスネジの方が長いので、途中までしかねじ込めません。

Nikon135mm用アダプタ
42Φアリガタ/M42P0.75オス -> ステップダウンリング M42P0.75メス/M52P0.75オス -> Nikon135mmF3.5 -> マウントアダプタ Fマウント/マイクロフォーサーズ
このステップダウンリングは日本のメーカーは作ってませんが中華製のものがAmazonから購入できます。ネジが通ってなくて途中までしか入りませんが…

サンプル
対物レンズ: UPlanSAPO 10x
結像レンズ: DCR-150
カメラ: Olympus OM-D E-M5 MarkII

コナジラミの大きさは縦1.2mmぐらい
ハイレゾショット使用して、最後に1/2に縮小
深度合成がうまくいかなかったので、ほとんど手作業で合成しました(Zereneのレタッチ機能を使いすべて自分で合成)。5時間ほどかかりました。
クリックすると拡大表示されますが、かなり大きな画像(3648×2736/1.1Mbyte)なのでご注意ください。

以下、参考までに。

光学倍率(撮影倍率)
光学倍率 = 結像レンズ焦点距離 / 対物レンズ焦点距離
対物レンズ焦点距離 = 標準結像レンズ焦点距離 / 対物レンズ表示倍率
標準結像レンズ焦点距離(*1):
 Nikon, Leica, Mitutoyo: 200mm
 Olympus: 180mm
 Zeiss: 165mm
対物レンズ表示倍率(*1): 対物レンズに記載されている倍率
*1:用語がよくわからんので作った


 対物UIS2/10x、結像レンズDCR-250(f=125mm)
 対物レンズ焦点距離 = 180 / 10 = 18
 光学倍率 = 125 / 18 = 6.944… 倍

実視野
撮像面の大きさ / 光学倍率


 マイクロフォーサーズ機、光学倍率7倍
 17.3×13 / 7 = 2.47×1.86 (mm)

視野数(フィールドナンバー)
対物レンズのフィールドナンバーは対応している最大の接眼レンズ・フィールドナンバー。
なので、ここから導いた実視野は実用になる範囲と言える。
 有効実視野(*1) = フィールドナンバー / 対物レンズ表示倍率
ただし、フィールドナンバーの定義がおそらく写真向けではなく、回折限界的フィールドナンバー(*1)はこれよりかなり小さそう。


 UPlanSAPO10xの場合、F.N. 26.5、表示倍率10倍なので
  26.5 / 10 = 2.65 (mm)

2013年2月27日

顕微鏡用LED照明の実験回路

カテゴリー: 2.道具, 顕微鏡 — Hepota2 @ 17:37

顕微鏡用LED照明の実験回路
upしました。

とりあえず実験的な回路としておきました。まずは使えそうかどうか調べてください。

要望等が有りましたら、このブログにお願いします。

2013年2月15日

透過顕微鏡における深度合成(再々提出)

カテゴリー: 2.道具, 顕微鏡 — Hepota2 @ 23:46

直焦点とFK5xの評価をやりなおしました。

直焦点は、やはり収差が大きくて使えない感じでした。歪みは少なそうでしたが…。

FK5xは、本来125mmの距離(どこからどこまでの距離かは不明)で使うところをその半分ぐらいで使っているので、性能は発揮されていないと思いますが、それでもWF10xを使ったコリメートより若干良さそうで、歪みもやや少ない感じがしましたので、結局これで行くことにします。フレア感も少ないですし。WF10xも分解掃除してやり直してみたんですが、フレアっぽいのはあまり良くなりませんでした。あとFK5xを使うと、接眼レンズをいちいち入れ替える必要が無くなります。FK3.3xとかFK2.5xというのがあるようなのですが、中古で¥8,000ぐらいしているので、やめておきます。下がFK5xによるものです。どうも若干青っぽくなるので、色の補正はしました。

■イヌツゲクビレコナジラミ Aleuroclava hikosanensis (Takahashi, 1938)
2013年1月6日、山梨県北杜市、イヌツゲ
microscope: Olympus BHC, PLAN 20x; camera: Olympus E-410, FK5x; software: CombineZP “Do Weighted Average” 13 layer, PhotoStitch 3×3, PhotoshopElements 5 (remove color cast, resize 50%, unsharp mask)

CombineZPは、バッチ処理機能がありました。CZPBatch.exeというプログラムで行います。指定したディレクトリの下にあるディレクトリを探し、一つのサブディレクトリの下にあるファイルを合成してくれます。Alignが不要な場合は、あらかじめマクロを作っておく必要があります。詳しい情報が知りたい方は、コメント欄にでも質問してください。私もカンでやってますが…。

フォトスティッチは、おもちゃ品質ですね。歪みが無ければ良いのかもしれませんが。歪みを自動補正して、ぐにょっと曲げてつないでほしいです。色合いも合わせてほしいです。

2013年2月13日

透過顕微鏡における深度合成 (再提出)

カテゴリー: 2.道具, 顕微鏡 — Hepota2 @ 14:29

タイトルがわかりにくかったので変更しました。

一昨日のは、いろいろとダメだったのでやりなおしました。

イヌツゲクビレコナジラミ Aleuroclava hikosanensis
写真に埋め込んであるスケールバーの大きさを間違えました。再々提出の方を見てください。
■イヌツゲクビレコナジラミ Aleuroclava hikosanensis (Takahashi, 1938)
2013年1月6日、山梨県北杜市、イヌツゲ
microscope: Olympus BHC, PLAN 20x; camera: Olympus E-410, WF10X, EL-Nikkor 50mm F4; software: CombineZP “Do Weighted Average” 13 layer, PhotoStitch 3×3, PhotoshopElements 5 (remove color cast, resize 50%, unsharp mask)

一番の問題は、水平方向のスキャンを先に行っていたため、CombineZPで自動的に揃える機能を使ってましたが、これのせいでボケが大きくなったようです。先にZ方向のスキャンを行うようにしました。ただ、顕微鏡の微動ダイアルは、オイルクラッチのような機構が入っているようで、上に持ち上げる方向?(BHCでは反時計回り)に回すとすぐには反応しないし、動き出すとすぐには止まらないので、最初の位置に戻すときには、ちょっとコツがいります。一度大きく戻して、1分ほど放置して、それから時計回りに回して、メモリを合わせるというようなことをします。

パノラマ合成ソフトのフォトスティッチは、歪みまで除去してくれるほど賢くはなかったです。焦点距離を入力する必要があるので、それで勘違いしていたかもしれませんが、そんなにうまい話はありませんでした。アルゴリズムは、少し重ね、重なった部分はブレンドするようで、歪みが有ると2重になったりぼやけたりします。できるだけ歪みの無いようにしなければなりませんが、とりあえず分割数を増やしてみました(2×2→3×3)。あとレンズをELニッコール50mm F4に変更したので歪みは少しマシになっているかもしれません。

前回使用したカメラアダプタはぐるぐる回る構造になっていましたが、ときどき動いていたようです。アルミパイプに切れ目を入れてホースバンドで締めつけて固定できるようにしました。他にも35mmマクロのときは、フィルターネジを使って保持していたため、レンズの可動部分でのガタツキがありましたが、ELニッコールにしたのでガタツキは無くなりました。

35mmマクロは電源を切るときにレンズが前後に動くのですが、動けないように固定されているので、壊れないようにするため電源を切ったりパソコンにつないだりするときにレンズを外していたのですが(忘れて何回か失敗しましたが…)、ELニッコールにしたため不要になりました。

白っぽかったので、露出を落としてみました。

Z軸の枚数は減らしました。微動ダイヤルの数字の単位がμmだとすると、前回は1目盛(2μm)単位で撮影していましたが、今回は2目盛(4μm)単位で行いました。31面→13面になりました。

カメラ側で解像度は少し下げて保存しました(3648×2736 → 2560×1920)。対物レンズの解像度はそんなに高くないので、これでも多いくらいかもしれません。

撮影したらそのままCombineZPで、”Do Weighted Average” します。

続いてフォトスティッチで合成。

Photoshopで、色補正、1/2に縮小、再圧縮。
色補正は、前回行ってませんでしたが、ELニッコールにするとなんだか青っぽい写真になりました。レンズが黄色っぽく反射しているのでコーティングが経年劣化しているのかもしれません。

お尻の付近が明るくなってますね。なんでしょう…

とりあえず。

2013年2月11日

透過顕微鏡における深度合成

カテゴリー: 2.道具, 顕微鏡 — Hepota2 @ 21:30

タイトルわかりにくかったので変更しました

ー2013年2月13日ー
いろいろ失敗していたので、やりなおしました。こちらをご覧ください。

CombineZPはいくつかアルゴリズムが選択できるのですが、その中に”Do Weighted Average”というのがあります。名前から想像すると、ピントの合い具合で重みをつけて平均するのだと思うので、顕微鏡用には良さそうです。


対物20倍、ピントを変えて31面、1面は4枚で、全部で124枚撮影して合成してます。
縮小専用で50%に縮小、CombineZPで合成、フォトスティッチで4枚貼り合わせ、sRGB情報が無くなっているようだったのでPhotoshopで再圧縮。

なんとなく良さそうです。大変ですけど…。

2013年2月10日

顕微鏡用LED照明

カテゴリー: 2.道具, 顕微鏡 — Hepota2 @ 23:22

顕微鏡用のLED照明について調べたことをまとめておきます。
みなさん、どうしておられるのでしょう?
最悪、穴に入る大きさのマグライトに、ディフューザを貼ったものでも使えるとは思いますが…

今回作成した、電源ユニットと、電球ユニットです。ムダな機能がついてます。

電源ユニット
今回作成した電源は、オペアンプとトランジスタによる定電流回路で、2Wから1/1024Wまでロータリースイッチで切り替えられるようにしました。簡単に抵抗とスイッチでも作れます。その場合、スイッチは、微小電流用とパワー用が別物なので、スイッチが2つ必要になると思いますが、1/2W以下に限定するなら、これが使えそうです。
市販の電源としては、こういうのがありますが、広い範囲では出力を変更できません。

必要な出力
今回使用した白色LEDは1W、100lmです。明視野40倍以下の観察では、3眼モードで1/2W、2眼モードで1/8W程度の出力があればよさそうです。なんとか使えてますが、特殊な使い方をする場合は、足りなくなるかもしれません。

デジタル一眼レフの場合、長時間露光が必要
使えるコンデジがあれば良いのですが、デジタル一眼レフしか無い場合は、ミラーアップとメカニカルシャッターによるブレが大きな問題になります。それを回避するためには良く知られているように長時間露光(1秒以上)が有効です。

上の写真はいろいろ条件を変えて撮影したものです。左上のコマがひどくぶれていますが、これはミラーアップの影響です。右上のコマはシャッタースピードを1秒にして撮影しました。ほとんどブレは無くなっています。E-410には低振動モード(anti-shock)という機能があります。シャッターボタンを押すとミラーアップ、指定秒数後に(今回は2秒)シャッターを切るという機能です。これも試してみましたが(左下)、シャッターによるブレがあるようなので、単に長時間露光で良いと思います。

長時間露光のためには、低出力電源かNDフィルターが必要になります。

白色LEDを低い電流で動作させてみましたが、いちおう動いているようです。後で述べますが、色もほとんど変化はありません。

NDフィルターはケンコーからいろいろ販売されており、1/400とかもあるので使えると思いますが、けっこう値段が高いので、電源を作るなら低出力モードを入れておくと良いと思います。

白色LED
LED照明の欠点は演色性が悪いことだったのですが、最近高演色性の製品が製造されているようです。コナジラミの検鏡では関係ないと思いますが、あるのなら高演色の方がいいかと思って探しまわりました。見つけたのは、rs-onlineで売られている、ILH-SJ01-WW95-SC201という製品です。STANLEYの高演色LED GSPW1653JTE-50Zが使われており、Vf=3V、If=450mA、光束95lm@350mA、色温度5000K、平均演色評価数Ra95、値段は986円です。でどうなの?と言われてもよくわかりませんが…。

出力と色温度
下の写真は、このLED照明で出力を1/4ずつ変更してグレーカードを撮影したものです。カメラはE-410、ホワイトバランスは5000K固定、シャッタースピードを出力に合わせて変更して撮影しました。レタッチでは縮小だけ行いました。おおむね白が出ています。

単色LED
解像度を上げる目的で、狭帯域光源を用いてモノクロ撮影する方法があるらしいので試してみました。(1)緑のLEDで撮影してモノクロ化する(上の2枚)、(2)白色LEDで撮影し、緑の成分を取り出してモノクロ化する(下の2枚)の2つですが、多少効果がある気がします。まぁ使うことは無いと思いますが…。

画像はトリミングだけしました。モノクロへの変換は、PhotoshopElementsのモノクロバリエーション(英語版ではConvert to Black and White)を使いました。スライダしか無くて数値入力できないのと、設定を保存できないのをなんとかしてほしいです…。

青の方が波長が短いので良さそうですが、試してみたらコントラストがとても低くなってしまいました。画像処理でコントラストを上げると、ノイズっぽい画像になりました。理由がよくわかってません。

電球ユニット
電球ユニットは、放熱の関係でアルミで作ってあります。外径28mm肉厚1.5mmのアルミパイプ、外径25mm肉厚1.5mmのアルミパイプ、厚さ3mmのアルミ版を使ってます。アルミパイプはずいぶん昔に東急ハンズで買ったものです。細いパイプが太いパイプにすっぽり入るのを確認して買いましたが、保証はされてないと思います。電球の差し込み穴は30mmあるので、根元に1mmほど白い紙を巻いています。光源の位置はそれほどシビアではないようです(顕微鏡によって違うかもしれません)。放熱性能はこれで十分で、1Wで使う分にはほとんど熱くなりません。
マグライトとかで使えるものがあるかもしれませんが、調べてません。

とりあえず、こんなとこでしょうか。

2012年12月26日

蛾庭ときどきプランクトン?

カテゴリー: 2.道具, 顕微鏡 — Hepota2 @ 23:38

顕微鏡はヤフオクで落としました。
BHCの3眼鏡筒、プラン、写真用レンズ、箱、マニュアル付きです。3諭吉強…。
箱入りだったので、綺麗そうだったんですが、光学系がカビだらけでした…。
ある程度掃除したんですが、一部接着されているところがあって、取りきれてません。
10倍対物の汚れが取れません…。
ジャンクで出せよと言いたい。

他には、つまみがひん曲がっていたのと、電源スイッチが陥没していたぐらいで、これらは直しました。

直焦点にしようか、コリメートにしようかテストしていましたら、
パンという音がして、煙が出てきました。
中を開けたらコンデンサ(電子部品の方)が破裂していました…orz
コンデンサの種類はわかりませんでしたが、電解液は飛び散ってませんでしたのが救いです。
部品は持っていそうですが(ムダに電子部品を所有してます)、今日はここまで。
光源はいずれLED照明化しようと思ってます。

で、テストの結果なんですが、とても雑にやったので比較するのはやめておきますが、コリメートの方が良さそうな気がしました。
有限補正系の光学系では、通常接眼レンズ側でも収差の補正が行われているらしく、その影響が大きいということかもしれません。

下は、コリメート法での結果です。

プレパラートはMWSから購入しました。対物は40倍、照明は簡易暗視野。写真用レンズはx5、カメラ側のレンズはELニッコール50mm F4、カメラはE-410。低振動モード(ミラーアップ後指定秒数後に撮影)、露光時間2秒(シャッターの振動の影響を抑えるため)。レタッチは色をいじって1/3ほどの大きさに縮小しました。
なんかフレアっぽいですね。こんなもんでしょうか?

—2012年12月29日—
どうも、撮影用レンズ(FK5X)は直接結像させるようです。一次像と撮像面の距離を125mmで設計されており、その時の倍率が5倍なんでしょうか。1倍でいいんですけど…。まだよくわかってません。もう少し調べてみます。

2012年12月6日

バーチャルスライド

カテゴリー: 2.道具, 顕微鏡 — Hepota2 @ 00:52

プレパラート標本のデジタル化。
縦横何枚もの画像を撮影してつなげ一枚の大きな画像にし、さらにフォーカス位置を変えて複数の画像を作ります。これをネット上でだれでも閲覧できるようにし、ブラウザからJavascriptを使って顕微鏡を操作するのと同じように見れる。そう遠くない将来、そのような試みが始まると思います。

コタツに潜りながら世界中にある模式標本を見ることができ、自分の撮影した標本をネットにアップして専門家に見てもらうといったことができるようになるかもしれません。教育的にもいろいろと可能性があると思います。

医療関係ではすでに使われており、バーチャルスライド(wiki)と呼ばれています。こちらのサンプルは、滋賀医科大学によるもので、教育目的で使われているようです。

大量に撮影するため自動機械が使われますが、一台1000万円以上するようです…。
画像フォーマットもメーカー固有のフォーマットで、これが規格化されないと始まりませんが、策定の動きはあるようです。
OME

虫の場合、面積が小さくて良いので(コナジラミだと2×2mm以下)、とりあえず手作業でなんとかできそうなので、試しにやってみようかと思ってます。キャノンのカメラに付属しているパノラマ合成プログラムPhotoStichは、縦横に合成できそうなのでこれでつないでと…。表示プログラムは簡単なので作ってもたいしたことは無さそうだし…。

z方向の移動が不要なら、ここで使われている、OpenSeadragonというのが使えそうです。

等と調べていたら、今日も夜がふけてきました。
おやすみなさい。

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