Оптимальным решением показалось самостоятельное изготовление довольно «навороченного» столика со штативом, на котором крепится камера с насаженными на неё высококачественными макролинзами. Кстати, в некоторых фотомагазинах можно купить и готовый столик со штативом (KS-2000 от фирмы Raynox), но он весьма простой конструкции, хлипковато выглядит – и поэтому не подошёл. В частности, я решил, что очень полезным может оказаться штатив, который можно наклонять (вплоть до горизонтального положения): с одной стороны, это позволит снимать мелкие объекты (в отражённом свете) с разных ракурсов, а с другой – появляется хорошая возможность делать стереопары. При этом необходимо, чтобы ось вращения штатива была расположена примерно на уровне снимаемого объекта и чтобы её можно было перемещать по вертикали (для съёмки объёмных предметов разного размера).
На снимке показано, как выглядит работающий прибор на моём рабочем столе. На мониторе – окно программы PSRemote. На нём большая картинка – фиксированная «превьюшка», а в правом нижнем углу – небольшое окошко «живого превью». Слева на экране видна гистограмма и армада ползунков и менюшек для управления настройками камеры. 

Сначала скажу, что я выбрал цифровую компактную камеру Canon PowerShot G7 (10 Мп, с объективом 7.4-44.4 мм, или 35-210 мм в 35-мм эквиваленте): она может полностью управляться с компьютера (причём, есть прекрасная программа PSRemote от фирмы Breeze Systems), качество снимков (в том числе, с выбранными макролинзами) очень понравилось. В этой камере также присутствует стабилизатор изображения («анти-шейк»). Рассматривался и вариант зеркальной цифровой камеры. Однако, он был отклонён – главным образом, из-за отсутствия «живого превью» у камер фирмы Кэнон и неопределённостью с компьютерным управлением и программным обеспечением у камер других фирм. Были приобретены три высокоразрешающие (340 линий/мм) макролинзы фирмы Raynox: одна DCR-150 (+2 диоптрии) и две DCR-250 (+6 диоптрий), которые с трудом – но соединяются друг с другом в различных комбинациях.
Для изготовления прибора были использованы некоторые детали от старого (сломанного) поляризационного микроскопа МИН-8, лабораторного осветителя ОИ-9М, кое-что куплено в магазинах Питера (строительном и ещё одном – для любителей мастерить своими руками, под названием «Чип и Дип»), но очень многое взято из большого ящика с моих антресолей с различными железками, накопившимися за долгие годы собирательства… Из основных инструментов – дрель, ножовка, лобзик, тиски, молоток, напильники с надфилями, плашки с метчиками. Отсутствие токарного и фрезерного станков сильно сдерживало фантазию – с ними я бы сделал кое-что по-другому.
В качестве основания в агрегате использована большая (120×160×240 мм) и прочная пластиковая коробка для монтажа электронных схем (купленная в магазине «Чип и Дип»). В крышке сделано большое круглое отверстие Ø 65 мм, прикрытое с нижней стороны матовым (ошкуренным) стеклом от фотопластинки. Прямо под отверстием закреплена бытовая «энергосберегающая» лампа фирмы Philips («мягкий белый свет», 20 Ватт, светоотдача 1160 люмен) с большой сплошной колбой. Под лампой дополнительно установлен отражатель – изогнутый полированный лист из алюминия. Этот источник даёт достаточно равномерное и весьма яркое освещение всего поля зрения. Лампа греется не очень сильно – но, всё равно, в коробке перед лампой и в крышке позади лампы просверлены несколько рядов вентиляционных отверстий. Сбоку на коробке установлен клавишный выключатель. Таким образом, этот прибор удобно-просто включается в сеть (220В), без каких-либо промежуточных (и ужасных в отечественном исполнении) блоков питания. Кроме того, эти лампы очень долго служат, а в случае перегорания не возникает особой проблемы с поиском замены.

Над световым отверстием к коробке привинчен вращающийся столик (с градусными делениями) от микроскопа МИН-8. Со столика снято штатное центральное металлическое кольцо с небольшим отверстием (на которое кладутся препараты) и вместо него положен круг из стекла. Кстати, know-how: круг был аккуратно вырезан обычными ножницами под водой примерно за 10 минут! Резать надо постепенно, держа ножницы под острым углом к краю стекла и отщипывая небольшие кусочки. Потом можно подшлифовать края шкурками.
Столик покоится на паре алюминиевых труб квадратного сечения (со стороной 25 мм), концы которых с одной стороны дополнительно связаны алюминиевым уголком. С внутренней стороны к трубам привинчены горизонтальные направляющие из алюминиевого профиля, по которым перемещается пластиковая пластина с нижним поляризатором.
Я изготовил два варианта таких пластин для поляризаторов разного диаметра. В первом варианте используется высококачественный линейный поляризатор диаметром 30 мм, входящий в стандартный (штатный) комплект акцессуаров к микроскопу МИН-8. Второй вариант (на первом снимке он лежит на столе рядом с прибором) рассчитан на поляризаторы гораздо большего диаметра (67 мм), продающиеся в фотомагазинах (т.е. на поляризационные светофильтры – причём, именно линейные). Однако, качество таких поляризаторов может некоторых разочаровать (т.к. требования к фотографическим поляризаторам, очевидно, более низкие, чем к микроскопным): у многих моделей недостаточна степень поляризации и проявляется интенсивное окрашивание (например, синее у старых линейных фильтров фирмы Kokin). Проверить эти параметры очень просто: нужно сложить два фильтра друг с другом, направить на достаточно мощный источник света и, вращая один относительно другого, добиться максимального затемнения поля. У наиболее высококачественных поляризаторов процесс затемнения напоминает применение нейтральных светофильтров нарастающей плотности: в итоге, всё поле становится почти чёрным, а у лампы накаливания остаётся тускло видна лишь сама нить (неискажённого цвета). Хотя, на самом деле, даже не очень качественные фотографические светофильтры вполне удовлетворительно выполняют свои функции. Сейчас в фотомагазинах линейные поляризационные светофильтры стали раритетом – но их можно легко раздобыть в комиссионках.
Конечно же, наиболее сложной в изготовлении оказывается штативная часть устройства. В качестве основания взята широкая скоба из толстого 2-мм стального листа (1), привинченная к крышке коробки. Чтобы уменьшить вибрации, она усилена дюралевым откосом (2). К скобе (1) привинчены две вертикальных направляющих планки (3), между которыми скользит толстая латунная пластина (4). Винт М4 (5), пропущенный через щелевое вертикальное отверстие в скобе (1), служит для фиксации положения пластины (4) с помощью гайки-«барашка» (с обратной стороны). В центре верхней части пластины (4) находится большое отверстие, через которое пропущена поворотная ось штатива (6) (с резбой М8 – соединены линией). Для этой же оси в скобе (1) сделано второе щелевое отверстие. С обратной стороны на ось (6) навинчен другой «барашек», вполне надёжно фиксирующий любое наклонное положение штатива. Диапазон вертикального перемещения поворотной оси у изготовленного варианта – от плоскости вращающегося столика до 30 мм выше неё.
Вертикальная штанга (9) и два зажима штатива взяты от старого лабораторного осветителя ОИ-9М (показанного в верхнем левом углу), от одного из зажимов был отпилен силуминовый стакан с дырками. К этому зажиму с помощью двух винтов крепится П-образная скоба из 2-мм стальной полосы с дыркой (10), на которую и сажается фотоаппарат с макролинзами. Вся эта конструкция позволяет вращать камеру по трём независимым осям для точного выравнивания её положения относительно оси вращающегося столика. Небольшие перемещения вправо-влево обеспечивает довольно длинный горизонтальный штырь одного из зажимов, но вот вперёд-назад тут двигать можно, лишь немного подгибая скобу (10).
Несмотря на то, что фотоаппарат, в принципе, можно грубо перемещать по вертикали с помощью зажима на штанге, весьма важным элементом является кремальера (7а,б), позволяющая удобно наводиться на резкость.
Она взята от того же микроскопа МИН-8 (где служила для перемещения конденсора под столиком). Над ввинченной в суппорт (7а) поворотной осью вставлен подпружиненный шарик от подшипника, который защёлкивается в ямке на пластине (4) при вертикальном положении штанги (9). Зубчатая планка кремальеры (7б) привинчена к латунной пластине (8), на которой уже с помощью двух мощных зажимов (в отверстии нижнего из них нарезана резьба М6) крепится штанга (9).
На штанге с помощью зажима держится Z-образная планка (11), на нижнем конце которой двумя маленькими винтиками присоединён отпиленный хомут для верхнего поляризатора (называемого в микроскопии «анализатором»), взятый из штатного набора к микроскопу МИН-8. Поворотом планки анализатор вводится и удаляется из оптической системы.
На снимке показан также штатный препаратоводитель СТ-12 для точного перемещения препаратов в двух направлениях. На первом снимке под монитором лежит ещё один «прибамбас» – пластиковый тубус с оправкой от светофильтра Ø49 на одном конце и микроскопным объективом на другом. Он сделан «по просьбе трудящихся» и почти полностью аналогичен описанному в предыдущей статье. Единственное отличие – объективы быстро крепятся на штатный микроскопный байонет (снятый с того же МИН-8). На тубус надевается мощный хомут, с помощью которого он (с насаженной сверху камерой) крепится к скобе (10) на штатив. Таким образом, при желании можно поснимать и при достаточно больших увеличениях тоже (однако, не слишком – на приличный микроскоп этот агрегат, конечно же, не тянет по нескольким параметрам).
Вот и всё устройство!
Как и следовало ожидать, первые же пробные сессии на приборе вскрыли некоторые конструктивные недостатки, требующие в будущем обязательного исправления. Главным из них является довольно высокая (но терпимая) чувствительность к вибрациям: для получения высококачественных снимков надо очень деликатно водить мышкой по столу и жать на кнопки, не облокачиваться на стол, не топать ногами и т.п. Однако, гораздо хуже прибор ведёт себя, если используется длинный тубус с микроскопным объективом и нахлобученной сверху тяжёлой камерой-«маятником» – с ним съёмка пока что практически невозможна из-за почти негаснущих колебаний, помноженных на высокое увеличение и более длинные выдержки.
Решений у этой проблемы три. Одно простое и очевидное: надо крепить тубус двумя хомутами на максимально разнесённые зажимы. Второе посложнее: сделать скобы (1) и (10) из более толстого стального листа (заметил, что именно они гнутся и «винтят»). Третье решение: держать прибор не на рабочем столе, а на отдельной большой полке, которая покоится на паре мощных кронштейнов, привинченных к капитальной стене. Ещё одна переделка – замена рукоятки на кремальере (нужна более длинная втулка). Наконец, хочу дополнить устройство парой маленьких осветителей, прикрепляемых клипсами или штырьками к вращающемуся столику (для съёмки стереопар поворотами столика при горизонтальном положении штанги – желательно ведь, чтобы освещение не менялось при поворотах).

2. Примеры изображений
Теперь можно перейти и ко второй важной части, без которой любая статья на подобные темы теряет свою ценность – к тестовым изображениям, полученным с помощью нового девайса.
Начну со «скучных» изображений в проходящем свете без анализатора, полученным с различными комбинациями макролинз. Эти картинки могут быть полезны, в частности, тем, кого интересует сопряжение камеры Canon PowerShot G7 с макролинзами фирмы Raynox DCR-250 (+6 диоптрий) и DCR-150 (+2 диоптрии) в различных комбинациях. Снимался так называемый «объект-микрометр» (фирмы Leitz) – стеклянная пластинка (предметное стекло), на которую нанесена миниатюрная шкала длиной 2 мм с маленькими делениями через 0.01 мм. Пользовательский цветовой баланс в камере я выставил один раз (по чистому свету от осветителя) и потом не менял; экспозиции задавались меньшие, чем обычно используются при съёмках препаратов.
Первый снимок сделан «голым» объективом камеры без макролинз в режиме Close-Up с фокусным расстоянием 12.733 мм, без нижнего поляризатора. Я им решил продемонстрировать, как освещается всё поле зрения (Ø65 мм) той простейшей системой, которая использована в устройстве. Конечно же, наблюдается некоторое падение яркости от центра к краям – но, на мой взгляд, оно не настолько критическое, чтобы что-либо переделывать в этой части. В крайнем случае, на снимках можно применять коррекцию неровностей освещения в графическом редакторе методом вычитания негативного изображения чистого поля, описанным вот тут. Также показано, как получается шкала объект-микрометра (находящаяся в центре чёрного круга) при таком небольшом увеличении в масштабе 100%. Ещё поместил сюда увеличенную до 200% соринку из левого верхнего угла светлого круга – просто хотел показать, что не только использованные макролинзы являются причиной заметных (но не смертельных) хроматических аберраций на снимках.

Следующий снимок сделан с одной линзой DCR-250 , без нижнего поляризатора. Здесь (и на следующих снимках) был выставлен максимальный зум (ФР=44.4 мм) и диафрагма f/5.6. На врезках – увеличенные до 200% фрагменты жирного и тонкого чёрных кругов. Рядом показана шкала объект-микрометра в масштабе 100% и во врезке – её фрагмент в масштабе 200%. Очевидно, что малые деления шкалы ещё и не думают разрешаться – всё поле зрения получается шириной 21.5 мм.

Снимок с парой насаженных друг на друга линз DCR-250 и DCR-150 (и все последующие) был сделан с введённым нижним поляризатором. Это, кстати, штатное состояние поляризационного микроскопа – у большинства моделей нижний поляризатор всегда находится в оптической системе. Появилось отчётливое градиентное окрашивание (от голубоватого до буроватого) и более заметное потемнение у самых краёв снимка. Правда, тут следует отметить, что экспозиции при обычных съёмках больше и этот фон чаще всего оказывается близким к белому. Соринка, показанная на верхней врезке, находится недалеко от края снимка.
На картинке со шкалой (100%) с этого снимка, на левой нижней врезке показан фрагмент (200%), на котором отчётливо виден муар в виде косых серых полосок, размывающих хорошо заметные малые деления шкалы (они расположены через 0.01 мм). Думаю, что он возникает за счёт интерференции на регулярной структуре матрицы, с учётом внутрикамерной обработки (расстояния между линиями тут на пределе разрешения). На других врезках показана шкала, снятая с другими углами поворота. Ширина захватываемого поля зрения с этой комбинацией линз – 14.0 мм.

На верхней врезке снимка с двумя линзами DCR-250 – та же соринка, но переместившаяся теперь на самый край кадра. У изображений шкалы с рисками, расположенными с шагом 0.01 мм, линии разрешаются заметно лучше. Хотя интерференционный муар всё ещё присутствует, он проявляется не всегда (см. верхнюю врезку). Ширина всего поля зрения – 11.3 мм. 

Наконец, представлю и снимок, сделанный со всеми тремя линзами, насаженными друг на друга (2 × DCR-250 + DCR-150). Минимальная ширина поля зрения с этой конфигурацией – 9.3 мм.

Визуальное сравнение всех этих снимков показывает, что хроматические аберрации растут примерно со скоростью увеличения масштаба съёмки (то-есть, скажем, увеличение масштаба в 2 раза приводит и к росту абсолютной ширины цветных каёмок в 2 раза), катастрофических скачков не наблюдается. Аберрации такого порядка можно частично скомпенсировать, например, с помощью программы PTLens (однако, для получения качественного результата необходим профиль для всех комбинаций камеры с макролинзами, создать который пока что может только автор программы). Кроме того, следует сильнее прикрывать диафрагму при съёмке.
На мой взгляд, снимки, сделанные камерой Canon PowerShot G7 со всеми этими комбинациями макролинз DCR-xxx, демонстрируют вполне удовлетворительное качество. При дополнительной обработке в графических редакторах, они позволяют без особого труда готовить иллюстрации не хуже, чем с использованием снимков, сделанных с помощью современных бинокуляров (например, фирмы Leica) с дорогими «родными» камерами. Конечно, тут надо учитывать меньшее разрешение у большинства микроскопных CCD-камер (обычно 3-5 Мп у камер Leica) и сравнивать изображения после соответствующего масштабирования.
Здесь показан уменьшенный снимок шлифа (среза горной породы толщиной 0.03 мм), полученный с оптимальной (для таких масштабов) комбинацией линз DCR-250 и DCR-150, а также его необработанные фрагменты в масштабе 100% (по картинкам можно кликнуть и посмотреть изображения большего размера). Некоторое размытие и изменение цвета трещинок из-за хроматических аберраций, видимое на краю кадра (второй фрагмент), по-моему, является вполне терпимым. Даже с комбинацией из двух линз DCR-250 изображения ещё вполне можно использовать целиком. Однако, со всеми тремя линзами ситуация на краях становится критической и приходится либо вырезать центральную часть кадра, либо тщательно компенсировать хроматические аберрации программными методами.

Теперь посмотрим, что получается не в проходящем, а в отражённом свете. Причём, сразу же представлю пару примеров стереопар, снятых с одной макролинзой DCR-250 (так как объекты были выбраны довольно большие). Ниже представлены уменьшенные варианты для «классического» параллельного просмотра (левый снимок для левого глаза, правый – для правого). Кликнув по картинке, откроется окошко с увеличенными изображениями для перекрёстного просмотра (левый снимок для правого глаза, правый – для левого). Внимательные люди могут заметить, что ширина левого и правого изображений немного различается (тогда как обычно они делаются строго одинакового размера – например, в программе StereoPhotoMaker): я намеренно обрезал снимки по совпадающим деталям, чтобы получить чёткие, нераздвоенные боковые рамки. На обеих стереопарах заметен и небольшой дефект, возникающий из-за перспективных искажений при съёмке и который я решил тут не трогать. Он сильнее всего проявлен на верхних и нижних краях стереоизображения в виде тонких горизонтальных полосок раздвоения.
Первая стереопара, наверное, особенно удобна для тренировки. Лично я на ней замечаю объём даже широкой и слабой горизонтальной волны гофрировки на подложке. Тут, возможно, хорошо ясен и тот недостаток, которым обладает параллельный способ просмотра: изображения для него должны быть маленькими (и, соответственно, не шибко детальными) – такими, чтобы расстояния между их центрами примерно соответствовали расстоянию между зрачками глаз. Правда, невысокое качество (в частности, ступенчатость) на представленных картинках связано не просто с их небольшим размером, но и с тем, что масштабирование производится «на лету» при открытии страницы. Большие размеры и расстояния требуют разведения глаз в стороны, что умеют делать далеко не все (да и у тех, кто умеет, угол оказывается небольшим). Вместе с тем, человек способен сводить глаза на значительно больший угол, что позволяет рассматривать стереопары размером во весь экран.
Хотя похоже, что у людей с таким дефектом зрения, как косоглазие с разведением глаз, именно перекрёстный просмотр вызывает очень большие сложности (вплоть до его невозможности), и наоборот. Тут могут помочь, например, жидкостные призматические очки.
Если снимать объёмные объекты при больших увеличениях (с несколькими макролинзами), то из-за уменьшения глубины резкости придётся делать по нескольку кадров со смещением фокуса и потом объединять их, выбирая резкие участки – вручную или в специальных программах типа Helicon Focus, или CombineZ, или Deep Focus, или плагине от Reindeer Graphics под названием Focus Extender (последний показался наиболее примитивным). Как раз для съёмки таких серий и потребовалось сделать кремальеру наклоняющейся вместе со штангой штатива.

В заключение скажу, что этот прибор оказался достаточно удобным и некапризным, позволяющим быстро опроцедуривать большие объёмы материалов. Мои коллеги по работе ходят очень довольные и простотой работы с ним, и очень высоким качеством получаемых снимков (даже несмотря на вышеописанную высокую виброчувствительность, которую я собираюсь исправить в ближайшее время).