현미경과 다른 이미징 장치들은 전통적으로 대형이었지만, 현대의 설계 기법은 더 작아진 시스템으로 이어지고 있습니다.그러나, 이러한 시스템의 소형화는 소형 장치에서 광학 시스템을 어떻게 배치해야 하는지에 대한 중요한 문제를 제기합니다.

생명과학, 의학 및 산업 분야에서 사용되는 광학 컴포넌트의 선두 공급업체로서, 당사와 현미경 기반 이미징 장치 제조업체와 논의할 때 종종 이 문제가 제기됩니다.여기서는 소형 장치용 광학 시스템의 크기를 최소화하는 방법에 대한 몇 가지 아이디어를 제공합니다.

소형 광학 시스템 설계 시 주요 고려사항

현미경 대물렌즈에서 카메라의 이미징 표면(이미징 광학 시스템)까지 확장되는 광학 시스템은 다음 세 가지 장치로 구성됩니다.

• 표본과 가깝게 배치되는 대물렌즈
• 대물렌즈에서 광속을 집중시키는 튜브 렌즈
• 이미지를 적절한 배율로 카메라에 투사시키는 카메라 어댑터

장치의 용도에 따라 다양한 선택사양에서 적절한 장치를 선택하고 조합하는 것이 중요합니다.다음은 각 구성요소에 대해 고려할 몇 가지 요인입니다.

1.대물렌즈

당사는 X 라인 시리즈를 포함하여, 대물렌즈의 세 가지 중요 요소(개구수, 색 수차 보정, 이미지 평탄도)에 대해 높은 성능 수준을 갖춘 100가지 이상의 UIS2 대물렌즈를 제공합니다.또한 이러한 대물렌즈는 45mm의 동일한 초점 거리를 가지고, 보상이 필요하지 않으며 물리적 설치 공간이 작습니다.일부 다른 대물렌즈와 함께 X 라인 대물렌즈는 파면 수차 제어를 지원합니다.

당사의 대물렌즈 찾기(Objective Finder) 도구를 사용하여 가장 중요한 매개변수(예: 개구수, 배율, 커버 글라스 사용, 유침법 및 색 수차)에 따라 대물렌즈를 필터링하십시오.이 간편한 온라인 도구가 성능을 비교하여 최고의 옵션을 선택하는 데 도움을 줍니다.

2.튜브 렌즈

아래 표 1에 나열된 다섯 가지 유형의 튜브 렌즈를 사용할 수 있습니다.모두 보상이 필요하지 않은 장치입니다.U-SWATLU는 26.5mm의 이미지 원을 생성하여 초 광시야를 커버하므로 X 라인 대물렌즈와 조합하는 것이 좋습니다.

표 1.튜브 렌즈 규격

3.카메라 어댑터

투영 배율을 달리하는 네 가지 유형의 카메라 어댑터(U-TV1XC, U-TV0.63XC, U-TV0.5XC-3 및 U-TV0.35XC-2)가 제공됩니다.카메라용 이미지 촬상 장치의 센서 크기를 기준으로 필요한 관측 시야를 선택하십시오.

저배율에서 넓은 시야를 위한 소형 이미징 장치 제작

생명과학 분야에서는 저배율 관측과 더불어 넓은 관측 시야를 확보할 수 있게 하는 콤팩트한 이미징 장치를 제작하려는 수요가 증가했습니다.

이런 측면에서, X 라인 시리즈의 일반적인 저배율 대물렌즈, UPLXAPO4X를 사용하여 이미징 광학 시스템의 길이를 최소화할 수 있는 방법을 고려하겠습니다.이 프로세스는 다음 네 단계로 완료할 수 있습니다.

그림 1: 광학 시스템의 기본 레이아웃

1.시야 확인

대물렌즈의 시야수(OFN)를 배율로 나누어 얻은 값은 표본 표면에서 볼 수 있는 최대 범위입니다.UPXAPO4X의 OFN은 26.5이므로 표본 표면에서 볼 수 있는 범위는 26.5/4 = φ 6.625mm로 계산할 수 있습니다.당사의 UIS2 대물렌즈는 45mm의 동일한 공초점 거리(거리 A)를 갖도록 설계되었습니다.

2.튜브 렌즈 선택

당사의 UPXAPO4X 대물렌즈는 OFN이 26.5이고, 26.5mm 이미지 원을 생성하는 튜브 렌즈와 조합하여 성능을 최대한 활용할 수 있습니다.따라서 U-SWATLU 튜브 렌즈를 X 라인 대물렌즈와 조합하는 것이 좋습니다.이러한 조합을 통해 이미지 촬상 장치의 중심이나 주변에서도 깨끗하고 균질한 이미지를 얻을 수 있습니다.

3.카메라 어댑터 선택

다음으로, 카메라 어댑터를 선택합니다.표 2에 나타난 대로, 다양한 카메라 어댑터의 다른 감소율을 사용하여 이미징 표면까지 거리(거리 C)를 단축할 수 있습니다.광학 시스템의 길이는 배율이 0.35배인 카메라 어댑터와 튜브 렌즈를 결합하면 최소화할 수 있습니다.

표 2: 다른 카메라 어댑터와 결합된 튜브 렌즈의 거리 C

카메라 센서의 대각선 폭을 어댑터 배율로 나눠 얻은 값이 튜브 렌즈의 이미지 원을 넘지 않도록 어댑터 배율을 선택하는 것이 중요합니다.

예를 들어 이미징 광학 시스템의 총길이가 제한되어 0.35배 배율의 카메라 어댑터를 선택하고 그것을 1/1.8인치 카메라(대각선 폭 9mm)와 결합한다고 하겠습니다.이 경우 9를 0.35로 나누어 비교 값(25.7)을 찾아야 합니다.

22 < 9 / 0.35 = 25.7 < 26.5

따라서 (U-TLU가 아닌) U-SWATLU를 튜브 렌즈로 선택해야 합니다.

그림 2: 카메라 센서 크기와 튜브 렌즈의 이미지 원

4.거리 B 결정

1~3단계에서는 이미징 광학 시스템에 필요한 장치를 선택했습니다.그런 다음에는 거리 B를 최종 매개변수로 결정하기만 하면 됩니다.

모든 UIS2 대물렌즈는 보상이 필요하지 않은 무한 보정 광학 시스템이므로, 필요에 맞게 거리 B를 변경할 수 있습니다.

U-SWATLU 튜브 렌즈를 사용할 때는 65mm~170mm 사이의 거리 B를 사용하는 것이 좋습니다.이 예에서는 소형 장치 구축을 위해 B의 길이로 65mm를 선택했습니다.그러나, 원하는 레이아웃에 따라 다른 길이를 선택할 수도 있습니다.예를 들어, 반사 조명을 위한 광학 시스템을 삽입하기 위해 거리를 확장할 수 있습니다.

소형 광학 시스템 설계에 관한 최종적 고찰

1~4단계에 따라 총길이 217mm의 이미징 광학 시스템을 구축할 수 있습니다(그림 3).당사의 UIS2 대물렌즈, 튜브 렌즈 및 카메라 어댑터를 적절하게 조합하면 소형 장치를 위한 짧은 광학 시스템을 설계할 수 있습니다.

그림 3: 총길이 217mm의 소형 이미징 광학 시스템 그림

종종 간과되는 한 가지 요인은 카메라 크기입니다(그림 1의 거리 D).일반적으로 고감도 카메라에는 냉각 장치가 있어, 크기가 큰 경향이 있습니다.광학 시스템의 총길이(L)를 설정할 때 카메라 크기를 고려해야 합니다.

편집자 주: 이 게시물은 2021년 3월에 처음 게시되어 최신 사양에 따라 업데이트되었습니다.

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