虽然传统上来说，显微镜和其他成像设备外型较大，但现代设计技术正在使系统更加紧凑。然而，这些系统的小型化带来了一个重要问题：如何在紧凑型设备中布置光学系统？
作为生命科学、医学和工业领域的光学元件领先供应商，这个问题经常出现在我们与显微镜成像设备制造商的讨论中。在这里，我们提供了一些关于如何尽量缩小用于紧凑型设备的光学系统的想法。
设计紧凑型光学系统的关键考虑因素
从显微镜物镜延伸到相机成像表面的光学系统（成像光学系统）由三个单元组成：
- 物镜，放置在靠近标本的地方
- 镜筒透镜，用于聚焦来自物镜的光束
- 相机接口，将图像以适当的放大倍率投射到相机上。
根据设备的用途，从各种选项中选择和组合合适的部件是非常重要的。下面是对于每个组件，需要考虑的一些因素。
1.物镜
我们提供100多种UIS2物镜，包括X Line系列，该系列为物镜的三个重要元素提供高性能水平：数值孔径、色差校正和图像平整度。这些物镜的齐焦距为45 mm，无补偿，并且占用空间小。我们的X Line物镜以及其他一些物镜支持波前像差控制。
使用我们的物镜搜索器，可根据最重要的参数（例如，数值孔径、放大倍率、使用盖玻片、油浸和色差）来筛选物镜。这个方便的在线工具可以帮助您比较它们的性能，从而选择出理想的方案。
2.镜筒透镜
如下表1所示，有五种类型的镜筒透镜可供选择。所有装置均无补偿。U-SWATLU会产生一个26.5 mm的像圈，覆盖一个超宽的视野，所以我们建议将其与X Line物镜结合使用。
| 产品名称 | 像圈 | 总长度 | 最大外径 | 重量 | 安装螺纹 |
|---|---|---|---|---|---|
| U-SWATLU | 26.5 mm | 77.8 mm | 60 mm | 460 g | 圆形燕尾槽（奥林巴斯专有方法） |
| 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 | 啮合（φ39）和旋入（M41 × 0.5 mm） |
| TLU-C | 22 mm | 20 mm | 38 mm | 40 g | 啮合（φ34）和旋入（M36 × 0.5 mm） |
表 1.镜筒透镜规格
3.相机转接器
我们提供四种不同投影放大倍率的相机转接器：U-TV1XC、U-TV0.63XC、U-TV0.5XC-3和U-TV0.35XC-2。请根据相机摄像装置的传感器尺寸来选择需要的视野。
生产用于低放大倍率大视野的紧凑型成像设备
在生命科学领域，对生产能够在低放大倍率下进行宽视野观察的紧凑型成像设备的需求日益增加。
有鉴于此，让我们来思考，如何通过使用UPLXAPO4X（X Line系列中典型的低放大倍率物镜）来尽可能缩短成像光学系统的长度。这个过程可以通过四个步骤完成。
图1：光学系统的基本布局
1.确定视野
用物镜的视野数（OFN）除以其放大倍率所得到的数值就是在样品表面可以观察到的最大范围。因为UPLXAPO4X的OFN是26.5，所以在试样表面可以看到的范围为：26.5 / 4 = ø 6.625 mm。我们的UIS2物镜拥有45 mm的齐焦距（距离A）。
2.选择镜筒透镜
我们的UPLXAPO4X物镜的OFN为26.5，其可以与产生26.5 mm像圈的镜筒透镜结合，以充分利用其性能。因此，我们建议将U-SWATLU镜筒透镜与X Line物镜相结合。这种组合使您能够获得清晰且均匀的图像，甚至在图像采集装置的中心或周围也能实现这种效果。
3.选择相机转接器
接下来，选择相机转接器。如表2所示，通过使用各种相机接口的不同缩减比率，可以缩短到成像面的距离（距离C）。通过将镜筒透镜与具有0.35倍放大倍率的相机转接器相结合，可以将光学系统的长度降到最低。
|
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（IR） | 160 mm | 139 mm | 108 mm | 93 mm |
表2：镜筒透镜与不同相机接口结合的距离C
选择接口放大倍率是非常重要的一步，要使得将相机传感器的对角线宽度除以接口放大倍率获得的值不会超过镜筒透镜的像圈。
例如，假设由于成像光学系统的总长度受到限制而选择了放大倍率为0.35倍的相机接口，并将其与1/1.8英寸相机（对角线宽度为9 mm）相结合。在这种情况下，需要用9除以0.35，找到用于比较的数值（25.7）。
22 < 9 / 0.35 = 25.7 < 26.5
所以，应该选择U-SWATLU（而不是U-TLU）作为镜筒透镜。
图2：相机传感器的尺寸和镜筒透镜的像圈
4.确定距离B
在第1-3步中，我们选择了成像光学系统所需的单元。之后，您需要做的就是确定最终参数距离B。
由于所有UIS2物镜都是无补偿的无限远校正光学系统，因此您可以根据自身需求更改距离B。
在使用U-SWATLU镜筒透镜时，我们建议B的长度在65 mm和170 mm之间。在这个例子中，我们选择65 mm作为B的长度，以制造紧凑型设备。但是，您可以根据所需要的布局选择其他长度。例如，您可以延长这个距离来插入一个用于反射照明的光学系统。
关于设计紧凑型光学系统的最后一点想法
按照第1-4步，您可以打造一个总长度为217 mm的成像光学系统（图3）。将我们的UIS2物镜、镜筒透镜和相机转接器进行适当组合，可以使您为紧凑型设备设计短小的光学系统。
图3：总长度为217 mm的紧凑型成像光学系统示意图。
一个经常被忽视的因素是相机的尺寸（图1中的距离D）。高灵敏度相机一般都拥有一个冷却装置，所以它们往往尺寸较大。所以，当您设定光学系统的总长度（L）时，一定要考虑相机的尺寸。
编者注：这篇文章最初发表于2021年3月，已根据最新规格进行了更新。
