올림푸스는 생명과학, 의료, 산업 분야(그리고 그 외 다양한 분야)를 지원하는 고급 현미경으로 잘 알려져 있습니다. 올림푸스가 자체 현미경 설계 외에도, 현미경 기반 이미징 시스템 제조업체를 대상으로 대물렌즈와 기타 광학 부품을 제공하여 전 세계 엔지니어링 팀을 지원하고 있다는 사실은 많이 알려져 있지 않습니다.
새로운 장치를 설계할 때 이 엔지니어들에게는 고화질 및 유연성 보장이라는 공통의 목표가 있습니다. 이 목표를 달성하도록 올림푸스가 지원하는 한 가지 방법은 무보정 렌즈로 이미징 광학 시스템을 개발하는 것입니다. 계속 읽으면서 이러한 광학 시스템이 현미경 설계와 성능을 어떻게 개선하는지 알아보십시오.
현미경용 이미징 광학 시스템 설계
현미경용 이미징 광학 시스템은 표본에 가까이 놓이는 대물렌즈와 대물렌즈의 빛을 집속하는 튜브 렌즈로 구성됩니다. 오늘날, 대물렌즈는 흔히 빔을 분할하는 하프미러, 형광 관찰용 필터 등의 광학 컴포넌트가 대물렌즈와 튜브 렌즈 사이의 광 경로에 추가될 수 있도록 평행 광선을 방출하여 무한 보정되도록 설계됩니다.
고품질 이미지를 생성하기 위해 대물렌즈 설계에 수차 보정이 사용됩니다. 이는 일반적으로 보정 방법과 무보정 방법으로 사용됩니다.
다음은 각 방법에 대한 간략한 개요입니다.
보정 방법
광학 시스템이 보정 방법으로 설계되면 대물렌즈와 튜브 렌즈는 상호 보완적인 방식으로 수차를 보정하도록 작동합니다.
무보정 방법
반대로, 광학 시스템이 무보정 방법으로 설계되면 대물렌즈와 튜브 렌즈는 서로 독립적으로 수차에 대해 완전히 보정됩니다.
이 두 방법의 차이는 아래 그림 1-2에 나와 있습니다.
그림 1: 보정 방법을 통한 수차 보정 메커니즘. 대물렌즈와 튜브 렌즈는 상호 보완적인 방식으로 수차를 보정하도록 작동합니다.
그림 2: 무보정 방법을 통한 수차 보정 메커니즘. 대물렌즈와 튜브 렌즈는 서로 독립적으로 수차를 보정합니다.
현미경 설계에서 무보정 방법의 장점
보정 방법으로 대물렌즈와 튜브 렌즈를 설계할 경우 시스템에 대물렌즈 또는 튜브 렌즈만 통합하려면 다양한 문제에 직면하게 됩니다.
다음 예를 참고하십시오. 아래 도식도(그림 3)는 레이저 빔이 대물렌즈를 통과해 표본에 들어가는 방법을 보여줍니다. 대물렌즈가 무보정 방법(그림 3a)으로 설계된 경우 레이저 빔은 레이저 파장의 영향을 받지 않습니다. 반대로, 대물렌즈를 보정 방법으로 설계한 경우(그림 3b) 대물렌즈의 수차가 제거되지 않기 때문에 레이저 빔이 의도하지 않은 지점으로 유도됩니다.
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그림 3: (a) 광학 설계 방법이 레이저 유입에 미치는 영향. 무보정 방법에서는 레이저 빔이 레이저 파장의 영향을 받지 않습니다. (b) 보정 방법에서는 레이저 빔이 의도하지 않은 지점으로 향합니다.
무보정 광학계를 현미경 설계에 통합하여 얻을 수 있는 이점
무보정 방법으로 설계된 이미징 광학 시스템을 통합하면 장치에서 다음 이점을 확보할 수 있습니다.
- 대물렌즈만 구현해도 시스템에서 전체 시야에 걸쳐 색상 흐림이 없는 선명한 이미지를 획득할 수 있음
- 파장이 다른 레이저가 유입될 때 레이저 포지셔닝 정확도 개선
무보정 방법으로 설계된 이미징 광학 시스템은 현미경 기반 영상 시스템의 안정성과 성능을 개선할 수 있습니다. 한 가지 예로 초광시야 튜브 렌즈가 결합된 올림푸스 UIS2 대물렌즈가 있습니다. 특히, 400~1,000nm 범위 내에서 수차가 보정되는 X Line 대물렌즈는 폭넓은 파장으로 광시야, 고해상도 관찰에 사용될 수 있습니다. 무보정 방법으로 설계된 튜브 렌즈도 독립적으로 사용할 수 있습니다. 두 광학 컴포넌트는 모두 컴팩트하고 가벼워 쉽게 통합될 수 있습니다.
요약하자면, 이러한 광학 부품을 통해 엔지니어링 팀은 상용 렌즈 구성 요소와 결합하더라도 전체 시야에서 균일한 화질을 쉽게 유지할 수 있는 현미경을 설계하는데 도움이 됩니다.
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