L’émergence de nouvelles technologies permet aujourd’hui de fabriquer des microscopes et d’autres appareils d’imagerie ayant une conception plus compacte que leurs encombrants prédécesseurs. Mais la miniaturisation de ces systèmes soulève une question importante : comment concevoir un système optique adapté à un appareil compact ?
En tant que fournisseurs de premier plan de composants optiques pour les sciences de la vie, la médecine et l’industrie, cette problématique est souvent évoquée dans nos discussions avec les fabricants d’appareils d’imagerie microscopique. Nous proposons ici quelques idées sur la manière de miniaturiser un système optique afin de l’adapter à un appareil compact.
Principaux points à prendre en compte pour la conception d’un système optique compact
Un système optique qui s’étend de l’objectif d’un microscope à la surface d’imagerie d’une caméra (système optique d’imagerie) se compose de trois unités :
- un objectif, qui est placé à proximité de l’échantillon ;
- une lentille de tube, qui concentre le faisceau lumineux provenant de l’objectif ;
- un adaptateur pour caméra, qui projette les images sur une caméra selon un grossissement approprié.
Il est important de sélectionner et de combiner les unités appropriées parmi les différentes options disponibles en fonction de l’utilisation que l’on souhaite faire de l’appareil. Voici certains des facteurs à prendre en compte pour chaque composant :
1. Objectifs
Nous fournissons plus de 100 types d’objectifs UIS2, notamment la gamme X Line, qui offre des niveaux de performance élevés pour trois éléments importants d’un objectif : l’ouverture numérique, la correction de l’aberration chromatique et la planéité de l’image. Ces objectifs ont également une distance parfocale de 45 mm, sont sans compensation et ont un faible encombrement. Nos objectifs X Line, ainsi que certains de nos autres objectifs, assurent le contrôle de l’aberration du front d’onde.
Utilisez la fonctionnalité Trouver le bon objectif pour filtrer les objectifs en fonction de vos paramètres les plus importants (ouverture numérique, grossissement, utilisation d’une lamelle couvre-objet, immersion dans l’huile et aberration chromatique). Cet outil en ligne pratique vous aide à comparer leurs performances pour choisir la meilleure option.
2. Lentille de tube
Cinq types de lentilles de tube sont disponibles, comme indiqué dans le tableau 1 ci-dessous. Toutes les unités sont sans compensation. La lentille de tube U-SWATLU produit un cercle d’image de 26,5 mm couvrant un champ de vision ultra-large. Nous recommandons donc de la combiner avec un objectif X Line.
| Nom du produit | Cercle d’image | Longueur totale | Diamètre extérieur maximum | Poids | Filetage de montage |
|---|---|---|---|---|---|
| U-SWATLU | 26,5 mm | 77,8 mm | 60 mm | 460 g | Queue-d’aronde circulaire (méthode Olympus exclusive) |
| 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 | Engagement (φ 39) et vissage (M41x0,5 mm) |
| TLU-C | 22 mm | 20 mm | 38 mm | 40 g | Engagement (φ 34) et vissage (M36x0,5 mm) |
Tableau 1. Caractéristiques techniques des lentilles de tube
3. Adaptateur pour caméra
Nous proposons quatre types d’adaptateurs pour caméra avec différents grossissements de projection : U-TV1XC, U-TV0.63XC, U-TV0.5XC-3 et U-TV0.35XC-2. Veuillez sélectionner le champ de vision dont vous avez besoin en fonction de la taille du capteur du système de saisie d’images de votre caméra.
Production de appareils d’imagerie compacts offrant de larges champs de vision à faible grossissement
On observe dans le domaine des sciences de la vie une augmentation de la demande pour des appareils d’imagerie compacts offrant de larges champs de vision et permettant des observations à faible grossissement.
Dans ce contexte, voyons comment la longueur d’un système optique d’imagerie peut être réduite au minimum en utilisant l’objectif UPLXAPO4X à faible grossissement de la gamme X Line. Ce processus peut être réalisé en quatre étapes :
Figure 1 : Disposition basique d’un système optique
1. Déterminer le champ de vision
La valeur obtenue en divisant l’indice de champ de l’objectif (OFN) par son grossissement représente le champ maximal qui peut être observé sur la surface de l’échantillon. Du fait que l’OFN de l’objectif UPLXAPO4X est de 26,5, le champ qui peut être visualisé sur la surface de l’échantillon peut se calculer comme suit : 26,5/4 = φ 6,625 mm. Nos objectifs UIS2 sont conçus avec une distance parfocale de 45 mm (distance A).
2. Sélectionner une lentille de tube
Notre objectif UPLXAPO4X possède un OFN de 26,5 et peut être associé à une lentille de tube qui produit un cercle d’image de 26,5 mm afin de tirer pleinement parti de ses performances. Par conséquent, nous vous recommandons de combiner la lentille de tube U-SWATLU avec un objectif X Line. Cette combinaison vous permet d’obtenir des images nettes et homogènes, même au centre ou au niveau du pourtour du champ du système de saisie d’images.
3. Sélectionner un adaptateur pour caméra
À présent, sélectionnez un adaptateur pour caméra. Comme le montre le tableau 2, la distance par rapport à la surface d’imagerie (distance C) peut être réduite en utilisant les différents rapports de réduction de divers adaptateurs pour caméra. La longueur d’un système optique peut être réduite au minimum en couplant la lentille de tube à un adaptateur pour caméra avec un grossissement 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 (IR) | 160 mm | 139 mm | 108 mm | 93 mm |
Tableau 2 : Distance C pour les lentilles de tube couplées à différents adaptateurs pour caméra
Il est important de choisir un grossissement d’adaptateur qui fera en sorte que la valeur obtenue en divisant la largeur diagonale du capteur de la caméra par le grossissement de l’adaptateur ne dépassera pas le cercle d’image de la lentille de tube.
Par exemple, imaginons que vous choisissiez un adaptateur pour caméra avec un grossissement de 0,35x en raison de la longueur totale limitée du système optique d’imagerie, et que vous le combiniez avec une caméra de 1/1,8 po (dont la diagonale est de 9 mm). Dans ce cas, vous devez diviser 9 par 0,35 pour trouver la valeur de comparaison (25,7) :
22 < 9 / 0,35 = 25,7 < 26,5
Ainsi, mieux vaut choisir la lentille de tube U-SWATLU (plutôt que U-TLU).
Figure 2 : Taille du capteur de caméra et cercle d’image de la lentille de tube
4. Déterminer la distance B
Au cours des étapes 1 à 3, nous avons sélectionné les unités requises pour le système optique d’imagerie. Il ne vous reste plus qu’à déterminer le dernier paramètre, à savoir la distance B.
Tous les objectifs UIS2 étant des systèmes optiques corrigés à l’infini et sans compensation, vous pouvez modifier la distance B en fonction de vos besoins.
Nous recommandons que la longueur de B soit comprise entre 65 mm et 170 mm lorsque la lentille de tube U-SWATLU est utilisée. Dans cet exemple, nous avons choisi une longueur de B de 65 mm pour concevoir un dispositif compact. Vous pouvez cependant choisir une autre longueur en fonction de la configuration souhaitée. Par exemple, vous pouvez allonger la distance afin d’insérer un système optique à éclairage épiscopique.
Dernières considérations à propos de la conception de systèmes optiques compacts
Les étapes 1 à 4 permettent de concevoir un système optique d’imagerie d’une longueur totale de 217 mm (figure 3). En combinant de manière appropriée nos objectifs UIS2, nos lentilles de tube et nos adaptateurs pour caméra, vous pouvez concevoir des systèmes optiques courts destinés à des appareils compacts.
Figure 3 : Illustration d’un système optique d’imagerie compact d’une longueur totale de 217 mm
La taille de la caméra (distance D dans la figure 1) constitue un facteur souvent négligé. Les caméras à haute sensibilité sont généralement équipées d’un dispositif de refroidissement, d’où leur grande taille. Veillez à prendre en compte la taille de la caméra lorsque vous déterminez la longueur totale (L) du système optique.
Note de la rédaction : Cet article a été initialement publié en mars 2021 et a été mis à jour en fonction des dernières caractéristiques techniques.
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