Embora os microscópios e outros dispositivos de formação de imagem tradicionalmente sejam grandes, as técnicas de projeto moderno estão conduzindo a sistemas mais compactos. No entanto, a miniaturização desses sistemas levanta uma questão importante: como você organiza um sistema óptico em um dispositivo compacto?
Como um fornecedor líder em componentes ópticos para as ciências da vida, medicina e campos industriais, essa questão costuma surgir em nossas discussões com fabricantes de dispositivos de formação de imagem baseados em microscópio. Aqui, fornecemos algumas ideias sobre como minimizar um sistema óptico para um dispositivo compacto.
Principais considerações para projetar um sistema óptico compacto
Um sistema óptico que abrange desde a objetiva do microscópio até a superfície de formação de imagem de uma câmera (sistema óptico de formação de imagem) consiste em três unidades:
- Uma objetiva, posicionada perto do espécime
- Uma lente de tubo, que focaliza o fluxo de luz da objetiva
- Um adaptador de câmera, que projeta imagens em uma câmera com um aumento adequado
É importante selecionar e combinar as unidades adequadas das várias opções de acordo com a finalidade do dispositivo. Aqui estão alguns fatores a serem considerados para cada componente:
1. Objetivas
Oferecemos mais de 100 tipos de objetivas UIS2, incluindo a série X Line, que oferece desempenho de alto nível para três elementos importantes de uma objetiva: abertura numérica, correção de aberração cromática e nivelamento de imagem. Essas objetivas também possuem uma distância parfocal de 45 mm, são livres de compensação, e têm uma pequena pegada física. Nossas objetivas X Line, junto com algumas de nossas outras objetivas, suportam o controle de aberração de onda.
Use nosso Localizador de Objetivas para filtrar as objetivas de acordo com seus parâmetros mais importantes (por exemplo, abertura numérica, aumento, uso de uma lamínula, imersão em óleo e aberração de cor). Esta útil ferramenta online ajuda você a comparar o desempenho para selecionar a melhor opção.
2. Lente de tubo
As lentes de tubo estão disponíveis em 5 tipos diferentes e são listadas na Tabela 1 abaixo. Todas as unidades são livres de compensação. A U-SWATLU produz um círculo de imagem de 26,5 mm para cobrir um campo de visão super amplo. Por isso, recomendamos que ela seja combinada com uma objetiva X Line.
| Nome do produto | Círculo de imagem | Comprimento total | Diâmetro externo máximo | Peso | Rosca de montagem |
|---|---|---|---|---|---|
| U-SWATLU | 26,5 mm | 77,8 mm | 60 mm | 460 g | Encaixe circular (método exclusivo da Olympus) |
| U-TLU | 22 mm | 63,6 mm | 60 mm | 350 g | |
| U-TLUIR | 22 mm | 63,6 mm | 60 mm | 350 g | |
| SWTLU-C | 26,5 mm | 33,6 mm | 45 mm | 94 g | Engate (φ 39) e aparafusamento (M41 × 0,5 mm) |
| TLU-C | 22 mm | 20 mm | 38 mm | 40 g | Engate (φ 34) e aparafusamento (M36 × 0,5 mm) |
Tabela 1. Especificações das lentes de tubo
3. Adaptador de câmera
Oferecemos quatro tipos de adaptadores de câmera com diferentes aumentos: o U-TV1XC, o U-TV0.63XC, o U-TV0.5XC-3 e o U-TV0.35XC-2. Selecione o campo de visão necessário com base no tamanho do sensor do dispositivo de captação de imagens para sua câmera.
Produção de dispositivos compactos de formação de imagem para grandes campos de visão em baixo aumento
A área das Ciências da vida tem apresentado uma demanda crescente pela produção de dispositivos compactos de formação de imagem que permitam amplos campos de visão com observações em baixo aumento.
Com isso em mente, vamos considerar como o comprimento de um sistema óptico de formação de imagem pode ser minimizado usando a objetiva UPLXAPO4X de baixa ampliação típica da série X Line. Este processo pode ser feito em quatro etapas:
Figura 1: Layout básico de um sistema óptico
1. Determine o campo de visão
O valor obtido mediante a divisão do número de campo da objetiva (Objective’s field number, OFN) por seu aumento é o intervalo máximo que pode ser visualizado na superfície do espécime. Como o OFN do UPLXAPO4X é 26,5, o intervalo passível de visualização na superfície do espécime pode ser calculado como: 26,5/4 = φ6,625 mm. Nossas objetivas UIS2 são projetadas para ter uma distância parfocal de 45 mm (distância A).
2. Selecione uma lente de tubo
Nossa objetiva UPLXAPO4X tem um OFN de 26,5 e pode ser combinada com uma lente de tubo que produz um círculo de imagem de 26,5 mm para aproveitar totalmente seu desempenho. Consequentemente, recomendamos que você combine a lente de tubo U-SWATLU com uma objetiva X Line. Essa combinação permite obter imagens claras e homogêneas, mesmo no centro ou ao redor do dispositivo de captação de imagens.
3. Selecione um adaptador de câmera
Em seguida, selecione um adaptador de câmera. Conforme apresentado na Tabela 2, é possível encurtar a distância para a superfície de formação de imagem (distância C) usando as diferentes taxas de redução de vários adaptadores de câmera. É possível minimizar o comprimento de um sistema óptico combinando a lente de tubo com um adaptador de câmera com aumento de 0.35X.
|
U-TV1XC
1X |
U-TV0.63XC
0.63X |
U-TV0.5XC-3
0.5X |
U-TV0.35X-2
0.35X | |
|---|---|---|---|---|
| U-SWATLU | 174 mm | 154 mm | 122 mm | 107 mm |
| U-TLU (IV) | 160 mm | 139 mm | 108 mm | 93 mm |
Tabela 2: distância C para lentes de tubo combinadas com diferentes adaptadores de câmera
É importante selecionar o aumento do adaptador de modo que o valor obtido pela divisão da largura diagonal do sensor da câmera pelo aumento do adaptador não exceda o círculo da imagem da lente de tubo.
Por exemplo, digamos que você selecione um adaptador de câmera com um aumento de 0.35X devido ao comprimento total restrito do sistema óptico de formação de imagem e o combine com uma câmera de 1/1,8 pol. (com largura diagonal de 9 mm). Nesse caso, você precisa dividir 9 por 0,35 para encontrar o valor para comparação (25,7):
22 < 9/0,35 = 25,7 < 26,5
Portanto, deve-se escolher a U-SWATLU (em vez da U-TLU) como a lente de tubo.
Figura 2: tamanho do sensor da câmera e círculo da imagem para a lente de tubo
4. Determine a distância B
Nas etapas 1 a 3, selecionamos as unidades necessárias para o sistema óptico de formação de imagem. Depois disso, tudo o que você precisa fazer é determinar a distância B como o parâmetro final.
Como todas as objetivas UIS2 são sistemas ópticos com correção para o infinito e livre de compensação, você pode alterar a distância B de acordo com suas necessidades.
Ao usar a lente de tubo U-SWATLU, recomendamos que o comprimento de B fique entre 65 mm e 170 mm. Neste exemplo, selecionamos 65 mm como o comprimento de B para construir um dispositivo compacto. Mas você pode selecionar outro comprimento, dependendo do layout desejado. Por exemplo, você pode estender a distância para inserir um sistema óptico para iluminação refletida.
Considerações finais sobre projetos de sistemas ópticos compactos
Seguindo as etapas 1 a 4, você pode construir um sistema óptico de formação de imagem com um comprimento total de 217 mm (Figura 3). A combinação adequada de nossas objetivas UIS2, lentes de tubo e adaptadores de câmera permite que você também projete sistemas ópticos curtos para dispositivos compactos.
Figura 3: ilustração de um sistema óptico de formação de imagem compacto com comprimento total de 217 mm
Um fator que costuma ser esquecido é o tamanho da câmera (distância D na Figura 1). As câmeras de alta sensibilidade geralmente possuem um dispositivo de resfriamento, portanto, tendem a ser grandes. Não esqueça de considerar o tamanho da câmera ao definir o comprimento total do sistema óptico (L).
Nota do editor: essa publicação foi feita originalmente em março de 2021 e está atualizada com as especificações mais recentes.
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