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¿Cómo reducir al mínimo un sistema óptico para un dispositivo compacto de procesamiento de imágenes?

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Componentes OEM para un dispositivo compacto de procesamiento de imágenes microscópico

Si bien la dimensión tradicional de los microscopios y otros dispositivos de procesamiento de imágenes ha sido grande, las modernas técnicas de diseño están dando lugar a sistemas más compactos. Sin embargo, la miniaturización de estos sistemas plantea una pregunta importante: ¿cómo se diseña un sistema óptico en un dispositivo compacto?

Como proveedor líder de componentes ópticos para los campos de las ciencias de la vida, la medicina y la industria, esta pregunta surge a menudo en las discusiones de Olympus con los fabricantes de dispositivos de procesamiento de imágenes microscópico. A continuación, se proporcionan algunas ideas sobre cómo reducir al mínimo un sistema óptico para un dispositivo compacto.

Consideraciones clave para diseñar un sistema óptico compacto

Un sistema óptico que se extiende desde un objetivo microscópico hasta la superficie de procesamiento de imagen de una cámara (sistema óptico de imagen) consta de tres unidades:

  • Un objetivo, que se coloca cerca de la muestra.
  • Una lente de tubo, que enfoca la trayectoria de luz del objetivo.
  • Un adaptador de cámara, que proyecta imágenes en una cámara con una magnificación adecuada.

Es importante seleccionar y combinar las unidades apropiadas de las diversas opciones de acuerdo con la función del dispositivo. A continuación, se muestran algunos factores que deben ser considerados en cada componente:

1. Objetivos

Olympus ofrece más de 100 tipos de objetivos UIS2, incluyendo los de la serie X Line, con un alto rendimiento en los tres elementos más importantes de este dispositivo: apertura numérica, corrección de aberraciones cromáticas y uniformidad de la imagen. Estos objetivos también presentan una distancia parafocal de 45 mm, una configuración óptica sin compensación y ocupan tan sólo un pequeño espacio. Los objetivos X Line de Olympus, junto con algunos otros objetivos de la empresa, soportan el control de aberraciones para frentes de onda.

Use nuestro Buscador de objetivos para filtrar los objetivos en conformidad con los parámetros más importantes que requiere su inspección (p. ej., apertura numérica, magnificación, uso de un cubreobjetos, inmersión en aceite y aberración de color). Esta práctica herramienta en línea le ayuda a comparar las especificaciones de rendimiento con el fin de poder seleccionar la mejor opción.

2. Lente del tubo

Es posible seleccionar la SWTLU-C o la U-TLU como unidad de lente de tubo. Ambas unidades ofrecen una óptica sin compensación. La SWTLU-C aplica un círculo de imagen de 26,5 mm para cubrir un campo de visión súper amplio; por ello, se recomienda que sea combinada con un objetivo X Line.

Nombre del producto Círculo de imagen Longitud total Diámetro externo máx. Peso Rosca de montaje
SWTLU-C 26,5 milímetros 33,6 milímetros 45 mm 94 g Montaje (φ 39) y rosca (M41 × 0,5 mm)
U-TLU 22 mm 63,6 milímetros 60 mm 350 g Cola de milano circular (método patentado de Olympus)

Tabla 1: Diferencias en las especificaciones entre las lentes de tubo SWTLU-C y U-TLU

3. Adaptador de cámara

Olympus ofrece cuatro tipos de adaptadores de cámara con diferentes magnificaciones de proyección: el U-TV1XC, el U-TV0.63XC, el U-TV0.5XC-3 y el U-TV0.35XC-2. Seleccione el campo de visión requerido según la dimensión del sensor del dispositivo de captación de imágenes que alberga su cámara.

Producción de dispositivos compactos de procesamiento de imágenes para grandes campos de visión en baja magnificación

En el ámbito de las ciencias de la vida, ha habido un incremento en la demanda de producción de dispositivos compactos de procesamiento de imágenes, dotados de amplios campos de visión y métodos de observación de baja magnificación.

A los efectos de ésta, se tendrá en consideración la manera de minimizar la longitud de un sistema óptico de procesamiento de imágenes mediante el uso del objetivo UPLXAPO4X: un objetivo típico de baja magnificación perteneciente a la serie X Line. Este proceso puede llevarse a cabo en cuatro pasos:

Diseño de un sistema óptico de procesamiento de imágenes

Figura 1: Diseño básico de un sistema óptico

1. Determinar el campo de visión

El valor obtenido al dividir el número de campo del objetivo (OFN, siglas en inglés) entre su magnificación es el rango máximo que podrá visualizarse en la superficie de la muestra. Dado que el OFN del UPLXAPO4X es 26,5, el rango que puede verse en la superficie de la muestra puede calcularse como: 26.5 / 4 = φ6,625 mm. Los objetivos UIS2 de Olympus están diseñados para ofrecer una distancia parafocal de 45 mm (distancia A).

2. Seleccionar una lente de tubo

El objetivo UPLXAPO4X de Olympus tiene un OFN de 26,5 y puede ser combinado con una lente de tubo que crea un círculo de imagen de 26,5 mm para aprovechar al máximo su rendimiento. Considerando esto, se recomienda combinar la lente de tubo SWTLU-C con un objetivo X Line. Esta combinación permitirá obtener imágenes claras y homogéneas, incluso en el centro o alrededor del dispositivo de captación de imágenes.

3. Seleccionar un adaptador de cámara

A continuación, seleccione un adaptador de cámara. Tal y como se muestra en la Tabla 2, la distancia hacia la superficie procesada en imagen (distancia C) puede acortarse según las diferentes relaciones de reducción de los varios adaptadores de la cámara. La longitud de un sistema óptico puede reducirse al mínimo cuando se combina la lente del tubo con un adaptador de cámara que posee una magnificación de 0.35x.

U-TV1XC
1x
U-TV0.63XC
0.63x
U-TV0.5XC-3
0.5x
U-TV0.35X-2
0.35x
SWTLU-C 181 mm 160 mm 129 mm 109 mm
U-TLU 166 mm 145 mm 114 mm 94 mm

Tabla 2: Distancia C para lentes de tubo combinadas con diferentes adaptadores de cámara

Es importante seleccionar una magnificación del adaptador para que el valor obtenido, al dividir el ancho diagonal del sensor de la cámara entre la ampliación del adaptador, no exceda el círculo de la imagen de la lente del tubo.

Por ejemplo, se seleccionará un adaptador de cámara con una magnificación de 0.35x, debido a la longitud total limitada del sistema óptico de procesamiento de imágenes, y se le combinará con una cámara de 1/1,8 pulgadas (con un ancho diagonal de 9 mm). En este caso, se deberá dividir 9 entre 0,35 para encontrar el valor de comparación (25,7):

22 < 9 / 0,35 = 25,7 < 26,5

Por lo tanto, será necesario seleccionar como lente de tubo la unidad SWTLU-C, en lugar de la U-TLU.

Sensor de cámara de microscopio y lente de tubo

Figura 2: Dimensión del sensor de la cámara y círculo de imagen para la lente del tubo

4. Determinar la distancia B

En los pasos de 1 a 3, se seleccionaron las unidades necesarias para el sistema óptico de procesamiento de imágenes. A continuación, todo lo que necesita hacer es determinar la distancia B como parámetro final.

Debido a que todos los objetivos UIS2 son sistemas ópticos con corrección infinita sin compensación, es posible cambiar la distancia B para adaptarla a sus necesidades.

Se recomienda que la longitud de B se encuentre entre 50 mm y 165 mm. En este ejemplo, se selecciona 50 mm como la longitud de B para construir un dispositivo compacto. Pero, es posible seleccionar otra longitud según el diseño de interés. Por ejemplo, la distancia puede ser ampliada para instalar un sistema óptico de iluminación reflejada.

Consideraciones finales para tomar en cuenta con respecto al diseño de sistemas ópticos compactos

Con los pasos de 1 a 4, le será posible construir un sistema óptico de procesamiento de imágenes con una longitud total de 204 mm (Figura 3). La combinación adecuada entre objetivos UIS2, lentes de tubo y adaptadores de cámara también favorecerá el diseño de sistemas ópticos pequeños para dispositivos compactos.

Sistema óptico compacto para un dispositivo de procesamiento de imágenes microscópico

Figura 3: Ilustración de un sistema óptico compacto de procesamiento de imágenes microscópico dotado de una longitud total de 204 mm

Un factor que a menudo se pasa por alto es el tamaño de la cámara (distancia D en la Figura 1). Las cámaras de alta sensibilidad, por lo general, tienen un dispositivo de enfriamiento por el cual tienden a ser más grandes. Asegúrese de tener en cuenta el tamaño de la cámara cuando configure la longitud total del sistema óptico (L).

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OEM Manager

Bunryu Arashi works as an OEM manager at Olympus Scientific Solutions in Europe. With 12 years’ experience in microscope product development, Bunryu has designed objectives and camera adapters, as well as illumination optical systems for Olympus BX and CKX series microscopes. He has a master's degree in engineering from Osaka University in Japan.

mar 25 2021
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