Юстированная оптика: Недопустимое название — Global wiki. Wargaming.net

Как правильно выбрать оборудование за БОНЫ в World of Tanks?

Боны (валюта в World of Tanks) фармится очень долго и для многих потребуется несколько сезонов ранговых чтобы купить свой первый модуль (усовершенствованное оборудование). И здесь крайне важно не прогадать с покупкой и для какого танка выбрать оборудование.

Подробная статья — Усовершенствованное оборудование и предбоевые инструкции

Так же обращаем внимание, что за снятие усовершенствованного оборудования потребуется 200 бонов. Рассмотрим все доступные модули по возрастанию полезности.

Расширенный набор ЗИП

Действие: Повышает скорость ремонта на 40%.

Стоимость: 3 000 бонов

 Целесообразность покупки: -5/10

Здесь один важный нюанс: пару патчей назад оборудование стало «сложным». То есть снимается теперь эта бесполезная дрянь за 200 бонов. По полезности в случае 99% танков полезней будет даже «обычное» оборудование. От 1 до 10 целесообразность и рентабельность такой покупки примерно такая же как у раскуривания сигары от 100$ купюр.

Стоит покупать если Вы ненавидите эти проклятые победы и обожаете превозмогать боль на всех танках. БДСМ короче….

Пример применения: T110E3 с раскачегареным экипажем и голдовой ремкой.

Пример самого правильного применения: Оставить это «на полке магазина».

 

Износостойкие приводы наводки

Действие: Повышают скорость сведения на 12,5%.
Стоимость: 5 000 бонов

Целесообразность покупки: 2/10

Вся суть модуля в — просто Н И К Ч Ё М Н О Й прибавке. На четверть лучше обычных приводов, но тут есть одно НО — обычные приводы также дают копейки и уступают большинству модулей, крайне перееоцениваются новичками. 

К покупке рекомендуется только в крайних случах. Если вы профильный ПТ/АРТ-вод и 2 других нужных модуля для вашего любимого танка уже есть, можно взять в последнюю очередь. 

Юстированная оптика

Действие: Увеличивает радиус обзора на 12,5%, но не более 445 м.
Стоимость: 4 000 бонов

Целесообразность покупки: 5/10

Танки — это в целом игра про обзор. Универсальный модуль — ставится на любой танк, в этом вся суть. На некоторе не поставить «вентиляцию» из-за открытой рубки, на многие не ставится стаб. Ну и стоимость ниже на 1000 бон будет не лишней.

 

 

Экспериментальная система заряжания

Действие: Снижает время перезарядки на 12,5%.
Стоимость: 5 000 бонов

Целесообразность покупки: 6/10

Ну тут всё очевидно, ДПМ вещь хорошая и приятная. Пусть игра с этим модулем может быть менее эффективной чем с юстированной оптикой, но однозначно бодрее и приятнее. Идеально зайдёт на танки без явных слабых сторон, которые нужно как-то компенсировать.

Пример применения: максимально отлично смотрится на двух танках навскидку.

1) Сильнейший универсал игры — божественный ИС 3 (ну разве что слеповат, только тссс!)

2) Агрессор с суперстабом, выбор дерзких, быстрых: Т-62 / объект 140

 

Комплекс стабилизационного оборудования

Действие: Снижает разброс при движении и при повороте башни на 25%.
Стоимость: 5 000 бонов

Целесообразность покупки: 9/10

Модуль сам по себе в игре силён и немного имбалансен, а вдвойне жестким он становится на барабанщиках. (!стабилизатор сильно влияет на время сведения после выстрела!)

И если Вы любитель сильных барабанов, которые не успевают досводится за КД пульки — это 100% Ваш выбор! Следующие танки с суперстабом — пример эпичных ломателей рандома об колено, попробуйте не сможете оторваться!
Bat.-Chatillon 25 t
T57 Heavy Tank
AXM 50 100 
T54E1
Skoda T 50
и другие. Этот модуль умножает удовольствие от быстрых барабанов на 3. Автор статьи всадил тучу бонов на инструкцию на стаб — как тут оторваться?!!

Система отвода пороховых газов

Действие: Повышает уровень владения основной специальностью, а также все навыки и умения членов экипажа на 7,5%.
Стоимость: 5 000 бонов

Целесообразность покупки: 9/10

Попросту читерский модуль. Крайне много даёт: дпм, стаб, точность, манёвренность, маскировка-ремонт(перки), обзор. Спасибо отделу Муразора за то, что цифры для модулей брались с потолка, на скорую руку!

Имеет всего 1 недостаток: не ставится на танки с открытой рубкой. Крайне жесткий комплексный баф всех параметров (не забываем что кроме параметров в ангаре, у танков есть ещё куча скрытых). Объективно предмет для разрыва рандома. 

юстированный — это… Что такое юстированный?

ЮСТИРОВАННЫЙ — ЮСТИРОВАННЫЙ, юстированная, юстированное; юстирован, юстирована, юстировано (тех.). прич. страд. прош. вр. от юстировать. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 …   Толковый словарь Ушакова

юстированный — прил., кол во синонимов: 5 • налаженный (24) • направленный (58) • настроенный (22) …   Словарь синонимов

юстированный — юстир ованный; кратк. форма ан, ана …   Русский орфографический словарь

юстированный — прич.; кр.ф. юсти/рован, юсти/рована, вано, ваны …   Орфографический словарь русского языка

юстированный — юст/ир/ова/нн/ый …   Морфемно-орфографический словарь

налаженный — нормализованный, отлаженный, поставленный, настроенный, юстированный, отрегулированный, сорганизованный, организованный, ставленный, облаженный, чиненный, оздоровленный, поправленный, починенный, улаженный, устроенный, залаженный, ритмичный… …   Словарь синонимов

направленный — командированный, засланный, упертый, завезенный, повергнутый, препровожденный, отогнанный, заброшенный, уткнутый, погнанный, адресованный, наведенный, обращенный, отправленный, наставленный, заведенный, наряженный, провоженный, завернутый,… …   Словарь синонимов

настроенный — понастроенный, отрегулированный, настропаленный, расположенный, ополченный, отлаженный, перелаженный, заряженный, предрасположенный, отъюстированный, приготовленный, ополчившийся, направленный, налаженный, построенный, подготовленный,… …   Словарь синонимов

отлаженный — отработанный, организованный, настроенный, юстированный, отрегулированный, отъюстированный, налаженный, оттестированный, устроенный, тестированный Словарь русских синонимов. отлаженный прил., кол во синонимов: 11 • налаженный (24) …   Словарь синонимов

отрегулированный — прил., кол во синонимов: 14 • зарегулированный (1) • исправленный (28) • налаженный …   Словарь синонимов

World of Tanks World of Tanks

Предисловие.

Проведя восемь месяцев ежедневно в среднем по 30-50 боёв в день пришёл к следующим выводам:

World of Tanks — это игра в математику!Случайный бой («рандом») — игра одного против всех!Поражение — это когда противник уничтожил твою машину и экипаж, а не захватил базу или уничтожил всех союзников!Что значит эти цитаты я расшифрую чуть нижу по тексту.

Я не буду давать здесь компрометирующих рекомендаций по выбору оборудования или исследуемых модулей машин, дабы уберечь игровую механику, позволяющую рядовому игроку зарабатывать больше, от ребаланса разработчиками игры в худшую для игрока сторону. Просто порекомендую пользоваться встроенными в игру инструментами для сравнения машин и собственной головой. Достаточно того какие изменения были сделаны разработчиками, вводом «Оборудования 2.0[worldoftanks.ru] «, при мне. Так ранее на первом уровне ты мог противостоять премиальной технике и «голдострелам», или машинам с более прокачанным экипажем, наличием оборудования увеличивающим скорость ремонта (Ящик с инструментами) и раннему обнаружению противника (Стереотруба/Юстированная оптика/Просветлённая оптика). Теперь чем меньше у тебя прокачан экипаж тем больше ты платишь за ремонт техники, за снаряжение (аптечки/ремонтные комплекты). Т.е. по факту неравенство значительно усилили искусственно. Для чего? Для того чтобы ты «задонатил» реальные деньги за «золото», а «золото» перевёл в кредиты, и купив руководства обучил экипаж!

Краткое предостережение о игроках с которыми придётся столкнуться.

Перво-наперво нужно запомнить, что самый злейший враг новичка, да и игрока со стажем — это союзники!

Почему?

Союзники будут:

Выталкивать вас с занятой безопасной позиции. Кто тяжелее тот и прав?

Вести огонь из-за вашей спины прикрываясь вашей машиной. Светиться будет союзник, а урон будете получать вы!

Засветившись при передвижении прятаться за вашу машину. Светиться будет союзник, а урон будете получать вы!

Толкать вашу машину, стоящую в безопасной позиции, таким образом демаскируя. Уровень маскировки в движении ниже чем стоячей машины, и не важно почему ваша машина двигается.

Выталкивать вашу машину под огонь противников и/или блокировать, превращая вашу машину в «мясо», чтобы знакомый играющий в команде противника мог беспрепятственно наносить больший урон.

Блокировать вашу машину, изолируя от боя, чтобы другой союзник вашей команды мог наносить больший урон.

Решать за вас, как вам играть, ведь они лучше знают на сколько у вас прокачан экипаж, какие умения изучены и какое оборудование стоит на вашей машине.

Оскорблять вас текстовом и голосовом чате, ведь они лучше знают на сколько у вас прокачан экипаж, какие умения изучены и какое оборудование стоит на вашей машине, и что вы киберспортсмен.

Стрелять по вашей машине ради забавы.

Использовать координаты вашего местоположения для наведения по вашей позиции артиллерии и танков противника.

Что делать?

Зажав на клавиатуре клавишу «Ctrl» навести курсор на ник союзника в левом верхнем списке, нажать правую кнопку мыши и выбрать пункт «Пожаловаться», далее выбрав соответствующий подпункт.

Особо агрессивных (преднамеренно выталкивающих) помечайте добавив их в чёрный список, чтобы вновь попав с ними в бой вы сразу знали от кого и чего ожидать. Зажав на клавиатуре клавишу «Ctrl» навести курсор на ник союзника в левом верхнем списке, нажать правую кнопку мыши и выбрать пункт «Добавить в чёрный список». Есть одно «Но» — чёрный список ограничен всего 1000 игроков, больше в него добавить нельзя, а дегенератов (и аккаунтов у них) в этой игре гораздо больше.

Не писать ничего в чат!

Не стрелять по союзнику!

При возможности сменить позицию.

Если союзник пытается утопить или разбить вашу машину, а сменить позицию безопасно не получается — не сопротивляйтесь, вы в любом случае получите компенсацию равную стоимости ремонта вашей машины. Это гораздо лучше чем оставаться в бою с дегенератом, особенно если светит поражение.

Если ник союзника стал голубого цвет — это система отслеживания урона союзникам сняла с него защиту от союзного урона, смело расстреливайте его!

По окончании боя обязательно создайте заявку о неспортивном поведении в бою в центре поддержки пользователей[ru.wargaming.net] и приложите к заявке реплей!

С чего стоит начинать?

Первым делом имеет смысл исследовать и заполучить в ангар артиллерию шестого уровня (для прохождения боевых пропусков рекомендую открыть ещё артиллерию седьмого уровня). Начать нужно с немецкой, а заканчивать британской (заканчивать потому что меньше всего наносит урона, самое маленькое пробитие и самая маленькая дистанция полёта снаряда до цели).

Почему артиллерия?

Вы изучите карты и безопасные места на картах, куда артиллерия не способна закидывать снаряды, и места где обычно стоит артиллерия.

Научитесь по мини-карте видеть картину боя с опережением, т.е. будете предугадывать события.

Научитесь спокойно принимать решения.

Научитесь своим огнём останавливать как продвижение «упарывающихся» союзников, так и «упарывающихся» противников. Так чтобы остановить «упарывающихся» союзников — достаточно перестать вести огонь по противнику засвеченному ими, союзники будут вынуждены остановиться и самостоятельно вести бой с противником без вашей поддержки. Противник при отсутствии огня артиллерии осмелеет и начнёт теснить ваших союзников, что вызовет перетекание небольшого числа союзников на другой, менее защищённый, фланг. Чтобы остановить «упарывающихся» противников — достаточно сконцентрировать огонь на одной-двух рвущихся вперёд машинах, сбивая гусеницы выстрелами в борт или по земле со стороны борта машины противника.

Поймёте на какие карты и какие точки появления не стоит тратить своё личное время, выходя в самом начале боя удобным для вас способом.

Сможете проходить значительно больше этапов боевого пропуска, особо не стараясь.

Будете прокачивать экипаж и нужные умения для пересадки на вновь открываемые машины. Таким образом выбирайте умения экипажа нужные не артиллерии, а той машине на которую вы будете пересаживать экипаж.

Проследив за позициями союзных и вражеских машин, в особенности лёгких и противотанковых САУ — будете знать куда сводиться, куда стрелять вслепую, на разрушение каких объектов и где обращать внимание своим огнём, куда вставать и как перемещаться играя на лёгком танке.

Артиллерия — оборудование и снаряжение.

Я делаю ставку на мобильность, быструю перезарядку и ремонт.

Оборудование

Слот №1 или (категория огневая мощь): Орудийный досылатель

Слот №2: Турбонагнетатель

Слот №3: Усиленные приводы наводки

Снаряжение

Слот №1: Малый ремкомплект

Слот №2: Малая аптечка

Слот №3: Большой ремкомплект

Артиллерия — основные правила игры.

Сразу после начала боя ждите к себе на позицию в гости лёгкий танк противника. В 99% боёв он приедет. И если вас найдёт, то вам несдобровать.

После начала боя обязательно проверяйте наличие или отсутствие разрушаемых объектов (разрушен забор, коряга, другой объект) в стандартных местах постановки вражеских лёгких танков. Разрушенный объект рядом со стандартным местом постановки вражеского лёгкого танка говорит о его наличии. В этом случае можно произвести выстрел в слепую по данному месту.

После каждого выстрела обязательно меняйте позицию, т.к. вражеская артиллерия может вычислить вашу позицию, без засвета, как минимум двумя способами: трасса от полёта вашего снаряда, использование запрещённой модификации игры. Если этого не сделать, то ваша машина может быть уничтожена уже после первого выстрела.

Артиллерия — приоритетные цели.

премиумная техника — т.к. она лучше бронирована (за очень редким исключением), наносит больший разовый урон, быстрее перезаряжается, приносит владельцу на 50% больше кредитов и боевого опыта, имеет меньшую стоимость ремонта

лёгкие танки — имеют большой обзор и маскировку, более манёвренны

тяжёлые танки прорывающие фланг и не обращающие внимание на урон

Есть спорный нюанс. Часто союзные лёгкие танки врываются в самом начале боя на базу противника с целью подсветить и уничтожить артиллерию противника. С одной стороны — это хорошо для команды, уничтожить артиллерию противника в начале боя. А с другой стороны помогая уничтожить артиллерию вы поощряете их на подобные манёвры в каждом бою. Это значит, что оказавшись в команде против вас, такой лёгкий танк приедет на вашу базу светить вас. И будьте уверены союзники, практически всегда, будут безразличны к этой ситуации. В лучшем случае вы сами уничтожите лёгкий танк противника прямой наводкой, а в худшем он или вражеская артиллерия уничтожит вас (этот вариант происходит намного чаще).

Лично я придерживаюсь практики — не вести огонь по целям обнаруженным на базе противника в первые 5 минут боя. Да — это приводит к тому, что союзный лёгкий танк будет уничтожен силами противника, и вообще может закончиться поражением союзной команды. Это плохо. Но в следующий раз он несколько раз подумает прежде чем ехать на базу противника, которая может оказаться вашей. Это хорошо.

В любом случае — решать этот нюанс вам по своему.

Лёгкие танки.

Какой класс следующий?

Конечно же лёгкие танки.

На что стоит обращать внимание при выборе лёгкого танка?

Масса! Чем больше масса тем больше шансов выжить после тарана противника. Так же большая масса не позволит сдвинуть с места вашу машину обозлённому на вас союзному лёгкому танку, а иногда даже среднему танку, который по своей глупости потерял на передовой больше половины очков прочности и приехал разбираться с вами. Ведь он лучше знает на сколько у вас прокачан экипаж, какие умения изучены и какое оборудование стоит на вашей машине, и что вы киберспортсмен.

Обзор! Чем больше обзор, тем раньше вы обнаружите противника.

Маскировка! Чем больше маскировка, тем позднее обнаружат вас.

Лёгкие танки — оборудование и снаряжение.

Я делаю упор на скорость ремонта, незаметность и обзор.

Оборудование для лёгких танков 4 уровня.

Слот №1: Просветлённая оптика или Трофейная оптика или Юстированная оптика

Слот №2: Малошумная система выхлопа

Слот №3: Улучшенная вентиляция

Оборудование для лёгких танков 5 уровня.

Слот №1: Просветлённая оптика или Трофейная оптика или Юстированная оптика

Слот №2: Малошумная система выхлопа

Слот №3: Изменённая компоновка

Оборудование, штатное, для лёгких танков 6 уровня.

Слот №1 или (категория разведка): Просветлённая оптика

Слот №2: Малошумная система выхлопа

Слот №3: Изменённая компоновка

Оборудование, специальное, для лёгких танков 6 уровня.

Слот №1 или (категория разведка): Малошумная система выхлопа

Слот №2: Юстированная оптика

Слот №3: Изменённая компоновка

Снаряжение для лёгких танков 4-6 уровня.

Слот №1: Малый ремкомплект

Слот №2: Малая аптечка

Слот №3: Большой ремкомплект

Лёгкие танки — основные правила игры.

Умелый лёгкий танк управляет боем, иногда даже при наличии неумелой команды.

Не светиться как можно дольше, т.е. передвигаться скрытно, прячась за кусты от вражеских лёгких танков, но так, чтобы вы могли пересветить все подъезды вражеских лёгких танков к любым кустам и скрытным позициям.

На лёгком танке 4 уровня, при наличии маскировки 40% и максимального обзора вы можете сближаться с движущимися лёгкими танками противника, в среднем, на дистанцию в 265м. Это позволяет встать незамеченным в куст практически под носом противника. Т.е. фактически можно с начала боя играть агрессивно. Но помните, двигаясь к вероятным позициям противника — между вами должны быть кусты или крона поваленных деревьев, а за вами должны находиться союзники которые смогут безопасно вести огонь по обнаруженному вами противнику.

На лёгком танке 5 уровня и выше, вне зависимости от любых обстоятельств рекомендую занять безопасную позицию на более опасном подъезде к союзной базе и приготовиться встречать «упарывающиеся» лёгкие танки противника. Таким образом вы сможете защитить союзную артиллерию и танки союзников, которые «вылетели» из игры, и безопасно контратаковать лёгкие танки противника из засады. Оборонительную позицию можно будет покидать только после того, как все лёгкие танки противника будут засвечены союзниками, и станет понятно, что вашей базе ничего не угрожает.

Задача лёгкого танка — обнаружить противника раньше, чем противник обнаружит его.

Стрелять можно только при 100% безопасности выстрела или при необходимости идти в размен.

Таран! Когда вы неожиданно занимаете одинаковую позицию с лёгким танком противника, и масса вашего равна массе танка противника или больше, а безопасно отступить некуда. Придётся идти в размен. Первым делом тараним (если рядом есть обрыв, то в сторону обрыва и сталкиваем; если рядом есть вода, то в сторону воды и топим), по возможности в борт, т.к. при таране в лоб вы наносите меньше урона и получаете больше чем могли бы. В борт — вы наносите больший урон противнику и выводите из строя гусеницу. Желательно ещё и прикрыться силуэтом танка противника, от огня прикрывающих его. И добиваем взяв на автоприцел, не торопясь, т.к. ваш танк по инерции может развернуть в любую сторону.

Общая тактика игры.

Не светись как можно дольше — есть мнение, что танк засветившись на одном фланге на другой уже не поедет. А наличие ещё не светившихся танков заставляет противника действовать осторожней, не «упарываться».

Играй от укрытия — после выстрела тебе придётся перезарядиться и лучше это сделать за укрытием.

Атакуй при наличии прикрытия — перед атакой убедись, что союзники позади тебя и по флангам смотрят в сторону, куда ты направляешься, отметь мышкой атакуемую позицию на карте и нажми клавишу «Нужна помощь!» (F7 — SOS). При наличии в текстовом чате подтверждений ближайших союзников выдвигайся скрытно, перекатками от укрытия к укрытию. Помни про вражескую артиллерию. Не занимай позицию с которой ты не сможешь отступить!

Чтобы победить — нужно выжить! Уничтоженный танк не способен: наносить урон по противнику, светить противника, прикрывать союзников.

Экономика в игре.

Исследуйте танки и необходимые модули исключительно за свободный опыт или чертежи!

Не выходите в бой на танке с модулями по умолчанию и без необходимого оборудования! Это утверждение не относится к артиллерии.

При наличии хорошо прокачанного экипажа и умений, правильно подобранного оборудования умение играть отступает на второе место.

Обязательно меняйте ежедневные задачи на более простые для вас, желательно с наградой в виде: бон, чертежей, свободного опыта, брошюр (выберите то что вам необходимо)! Оптимально выполнять ежедневные задачи, не напрягаясь, за 2-10 боёв! Если не получается — выбирайте ещё более простые вне зависимости от вознаграждения.

Некоторые ежедневные задачи лучше выполнять на технике первого уровня!

Покупайте оборудование и снаряжение для танков исключительно по акции!

Используйте снаряжение только если уверены, что ваш танк доживёт до конца боя и ваша команда победит! В противном случае вы просто увеличите свои расходы!

Используйте предбоевые инструкции только если они достались вам в качестве награды!

Используйте личные резервы только при активном танковом премиум аккаунте. В противном случае вы просто будете тратить их впустую! Премиум аккаунт и 100 бон можно получить за выполнение очередных 45 ежедневных задач.

Первые 4000 бон вы заработаете спустя 6 месяцев ежедневной игры, при отсутствии техники десятого уровня! А стоит ли в этом случае так часто играть?

Вам не нужны три отметки, они не улучшают ТТХ техники и ваши умственные способности! В противном случае вы просто увеличите свои расходы!

Вам не нужны кланы, они не улучшают ТТХ техники, но при этом: требуют технику восьмого-десятого уровней, средний урон от 1000 единиц!

Вам не нужны 1000 и более единиц среднего урона! Это обычное статпаддерство!

Статпаддерство и стастистика — для тех, кто не способен ничего добиться в реальной жизни. Посочувствуйте таким ограниченным личностям.

Вам не нужны танки выдаваемые за операции! Задачи в адекватных играх должны выполняться на технике любого уровня. А если вам не нужна или не нравится техника на которой нужно выполнять личные боевые задачи для прохождения операций?

Вам не нужны 3D-стили, достаточно обычных 2D-стилей и камуфляжей легко доступных при прохождении событий и боевых пропусков!

Вам не нужны облики, они не улучшают ТТХ техники!

Если разница пробития между основным и альтернативным снарядом меньше 40% или 58мм, вам не нужен альтернативный снаряд, т.к. в этом случае вы всё равно сможете пробивать только в борта и корму! Зачем тогда платить больше? Лучше возьмите десяток фугасов, если боекомплект позволяет возить более 70-ти снарядов! Так например на AMX 12t основной пробивает 144мм (109 кредитов за штуку), а альтернативный 202мм (2800 кредитов за штуку) — тут стоит взять. А на МТ-25 основной пробивает 125мм (80 кредитов за штуку), а альтернативный 156мм (2400 кредитов за штуку) — тут брать бесполезно, вы всё равно будете пробивать восьмёрок только в борт и корму, даже некоторых шестёрок только в борт и корму!

Используйте альтернативный снаряд только если уверены, что пробьёте и победите!

Вам не нужна техника ниже четвёртого (за исключением Renault Otsu) и выше шестого уровня! Ниже четвёртого доступны самые отстойные карты — малого размера, городские и коридорные! Выше шестого уровня, чтобы зарабатывать нужно: за каждый выстрел наносить от 250 до 350 единиц урона (зависит от класса техники), не получать урона самому, всегда побеждать! На седьмом уровне, при поражении в среднем уходишь в минус ~5’000 кредитов. Например стоимость ремонта уничтоженного лёгкого танка девятого уровня обойдётся вам в среднем в ~12’000 кредитов, в случае поражения добавьте сюда ещё расход боекомплекта, расход снаряжения, расход предбоевых инструкций. А стоимость ремонта уничтоженного тяжёлого танка десятого уровня обойдётся вам в среднем в ~27’000 кредитов, без учёта прочих расходов. Ребят, я привык работать и играть в плюс. Если у вас иначе — лечитесь!

Вам не нужны предбоевые инструкции (если только они не достались на халяву), дополнительное питание экипажу и огнетушитель — это сразу минус 30’000-60’000 кредитов (которые вам помогут слить за 2-ух — 3-ёх минутный бой самые лучшие в мире союзники или просто бесполезная карта с которой придётся выйти в начале боя), минус один слот в который можно поставить второй ремонтный комплект.

Карты которые не имеет смысла играть на артиллерии и лёгких танках в случайных боях, т.к. на них поражений будет значительно больше чем побед: берлин, граница империи, жемчужная река, провинция, энск, химмельсдорф, уайдпарк, париж, карелия, лассвиль, оврелорд, рудники, руинберг.

Если какой-то танк начинает преобладать над другими танками он подвергается ухудшению технических характеристик разработчиками.

Если вам нравится какой-то определённый танк, вам придётся преднамеренно ухудшать на нём статистику выходя из боя на бесполезных картах в начале боя или иными способами, чтобы разработчики не ухудшили его технические характеристики.

Вам не нужна техника за боны она не зарабатывает больше прокачиваемой, у неё ТТХ не лучше чем у прокачиваемой, она не премиальная (т.е. для неё придётся качать отдельный экипаж)! За боны разумно покупать только оборудование!

Основная цель марафонов — заставить вас как можно больше времени провести в игре (обеспечивая стабильно высокий онлайн) и как можно больше потратить кредитов (на оплату снаряжения, инструкций и альтернативных снарядов).

Относитесь к этой игре как к математической головоломке, сначала всё посчитайте на перспективу (хоть на калькуляторе), и только потом принимайте решения.

Никогда не покупайте за «золото» слоты в ангаре! Разработчики кровно заинтересованы в том чтобы вы играли на как можно большем количестве техники, а это значит, что слоты в ангар вам будут давать за выполнение ежедневных задач, в марафонах и прочих событиях. В среднем за пол года вам выпадет минимум 15 слотов в ангар.

«Заслуженная награда» в виде танка или просто «подарочный» танк — это ни что иное как способ «вымыть» с вашего аккаунта как можно больше кредитов, т.к. основной снаряд у такой техники всегда имеет низкое пробитие, а альтернативный имеет разницу пробития с основным менее 40%! При этом основным снарядом вы, в лучшем случае, будете пробивать себе подобных (а иногда нет!!! как например в случае с Valiant — пробитие основным снарядом 91мм, при наличии лобовой брони в 114мм) и иногда технику своего класса и уровня, а для пробития техники другого класса вам придётся использовать исключительно альтернативный снаряд. У некоторых танков некоторые ТТХ ниже заявленных, так например A46 при 100% экипаже имеет маскировку 17,09%, но светится значительно раньше чем МТ-25 имеющий маскировку 16,07% при экипаже 100%. Поэтому не верьте глазам своим, а верьте ощущениям полученным в бою и всё перепроверяйте. Если нашли какой-то баг, который даёт вам преимущество — не сообщайте о нём никому, а используйте свои знания себе во благо (если это не противоречит правилам), но помните что это знание будет использовано другим игроком против вас.

Чтобы зарабатывать всегда — стреляйте только по технике противника с количеством единиц прочности выше чем ваш средний урон. Оставьте «недобитков» союзникам.

Недоработки. Ошибки. Недостатки.

Нет индикатора перевернувшейся союзной техники. Игре уже 10 лет, вы серьёзно?

В бою с танками на уровень выше у ваших одноклассников урон будет в среднем на ~50% выше, а перезарядка одинаковая с вашей, а то и быстрее! Отделу баланса «привет»!

Техника шестого уровня может легко попасть в бой с техникой восьмого уровня, а это значит что у противника, вероятно, будет лёгкий или средний танк с установленным командирским обзорным прибором. Это минус к маскировке всех союзных танков в радиусе обзора танка противника, при этом не факт что в вашей команде будут танки с командирским обзорным прибором. Командирский обзорный прибор можно установить только на лёгкий и средний танк начиная с восьмого уровня. На лицо дискриминация техники шестого и седьмого уровней. Вас будут светить как тяжёлые танки в поле во время выстрела! Отделу баланса «привет»!

Нет индикации, что игрок в настройках клиента отключил чат. При этом если чат блокирует ЦПП за правонарушение — такая индикация есть (однако в этом случае игрок может читать чат, если не отключил это в настройках клиента). Союзники должны видеть, что игрок попросту не видит их сообщений.

Главное в этой игре — не помощь союзнику, а нанесение урона и избегание прямого боя при захвате противником базы, для того чтобы проигранный бой не закончился минусовым счётом по кредитам. Отделу баланса «привет»!

Снаряды с улучшенным пробитием, но с разным уроном стоят одинаково. Например для Skoda T 25 со средним уроном 110 единиц стоят 2800 кредитов, а для Т-34-85 со средним уроном 160 единиц стоят столько же — 2800 кредитов. Отделу баланса «привет»!

Урон в минуту для большинства орудий посчитан неправильно (завышен).

При игре от третьего лица, когда вы максимально отдалили камеру от танка и задним ходом приближаетесь к стене или какому либо препятствию, находящемуся сзади, будьте готовы что вы не сможете вести огонь по целям спереди от вас, т.к. камеру уперевшись в стену или препятствие подбросит вверх, а ствол вашего орудия резко уткнётся в землю! Я скажу — «очень удобно стрелять по приближающемуся противнику, откатываясь». Вы не сразу поймёте что произошло и в лучшем случае пропустите попадание по своему танку, а в худшем отправитесь в ангар. «Привет» гейм-дизайнерам!

Что будет после введения «Экипаж 2.0»?

Раньше вы могли прокачать все умения экипажа, а в «Экипаж 2.0» вам с барского плеча (держи «алёша», а то сдохнешь) дарят только некоторые из них! Нормальное такое «усовершенствование» — отрезать больше половины! Т.е. забудьте о самодостаточных экипажах, с которыми можно было выходить в «рандом».

Приятель, мы тебя усовершенствовали — отрезали одну ногу. Т.е. уменьшили твой вес и площадь сопротивления воздушным потокам. Теперь ты сможешь быстрее передвигаться, т.к. меньше весишь и придётся постоянно прыгать!

А ещё раньше можно было взять по одному члену экипажа с разных машин с нужными умениями, и посадить на новую машину. При этом рекрутировав новобранцев на старых машинах вместо убранных. При этом старые машины не сильно теряли в умениях, особенно если члены экипажа с одинаковой специальностью на них дублировались. А новая машина при этом получала 90% экипаж с нужными умениями! Выводя машину с таким экипажем и, в дополнение к этому, приобретёнными за свободный опыт сразу нужными модулями — можно было сразу вести бой с противником на равных. Я делаю именно так, а вы? А не выступать движущейся безобидной мишенью, как обычно практикует ВГ. Именно ВГ! Т.к. балансировщик игроков должен учитывать: уровень прокачки экипажа, уровень установленных модулей, тип установленных инструкций и оборудования, и, самое главное — уровень владения игроком машиной в бою! Типа хочешь подняться — терпи, пока прокачается твой экипаж и прокачаются модули машины. С «Экипаж 2.0» таким образом подготовить экипаж будет невозможно! Т.к. в «Экипаж 2.0» будет только один член экипажа на любой машине!

Помните про обучающие руководства, пособия и брошюры? Раньше можно было до 250 000 единиц опыта каждому члену экипажа получить применив руководство. А членов экипажа могло быть аж шесть! Наводчики, радисты и заряжающие, как правило, в таких больших экипажах дублировались. Вот как раз применение обучающих брошюр и руководств на таких экипажах было оправдано выгодно. После этого можно было, относительно, без потери в умениях пересадить обученного дублирующего члена экипажа на другую машину, о чём писалось выше. С «Экипаж 2.0» таким образом подготовить экипаж будет невозможно! Т.к. в «Экипаж 2.0» будет только один член экипажа на любой машине!

После ввода «Оборудование 2.0» усилилась классовая зависимость, особенно в боях между разными уровнями (вспомним командирский обзорный прибор), тут её усиливают ещё в несколько раз вводя «Экипаж 2.0». Особенно хорошо это заметно при игре на технике шестого и седьмого уровней, которая владеет хорошим обзором, но прибор этот поставить себе не может и в результате будет пересвечена восьмёркой (с этим прибором) в любом случае. Или взять T6 Medium (4 уровень) и M4A1 Sherman (5 уровень), и поставить на них одинаковое орудие 105 mm M4. При этом на T6 Medium время зарядки будет почти на 5 секунд дольше чем на M4A1 Sherman. На T6 Medium нельзя поставить орудийный досылатель, а на M4A1 Sherman можно. При этом они подают в бой друг против друга.

Зачем тогда играть на в хлам кастрированных ЛТ, СТ, ТТ, ПТ? Пусть мазохисты играют, а я окончательно перебираюсь на арту! :)

Тест в песочнице нужен только для того чтобы выяснить на сколько вырастут расходы кредитов у игроков, для более точной корректировки параметров при выпуске в продакшен. Чтобы точно в плюс никогда из боя не выходили. Так, например, те кто раньше не пользовался снаряжением и предбоевыми инструкциями (умело использовали умения экипажа) будут вынуждены начать использовать и то и другое. А, например, пожаротушение уже нельзя будет поставить без ущерба другим умениям экипажа, и да здравствует огнетушитель там где раньше он не особо и нужен был.

Думаю, они делают правильно. И в краткосрочной перспективе, сразу после ввода «Экипаж 2.0» я прикуплю акции ВГ, т.к. они подрастут в цене неплохо. За счёт ухода из игры старых игроков, привыкших играть без «доната» и естественного притока игроков с потребительским отношением. Новые игроки не способны ждать и добиваться, а привыкли сразу покупать. Ведь так проще. И такими «алёшами» надо пользоваться. «алёша» должен платить, и чем больше тем лучше. За счёт этого вырастет годовая чистая прибыль, и соответственно сумма дивидендов акционерам.

Отказ от ответственности.

Информация предоставлена исключительно в ознакомительных целях.

Всю ответственность за использование и применение полученных знаний каждый участник берёт на себя.

Автор данного руководства не несёт ответственность за возможные убытки от принятия третьими лицами инвестиционных решений на основе изложенной информации.

Информация предоставленная в данном руководстве является выводами сделанными автором на основе личного игрового опыта в Wold of Tanks.

Все перечисленные в руководстве торговые марки принадлежат их законным владельцам.

More World of Tanks guilds

Rate this article

---

Как выровнять лазерную систему

Присоединяйтесь к Крису Уильямсу, который кратко объясняет основы того, как настроить лазерную систему на цель. Раскрытие разницы между Z-образным лазерным рисунком и рисунком на Рисунке 4, а также о том, как использовать лазерные зеркала Edmund Optics с нашими кинематическими креплениями. Не забудьте проверить другую лазерную оптику и продукцию EO на нашем веб-сайте.

Стенограмма видеозаписи

Привет, меня зовут Крис, и я собираюсь показать вам пример того, как настроить лазерный луч.Для этого процесса юстировки требуются два зеркала с кинематическими креплениями и две мишени с сеткой на них. Или вы можете использовать подвижную цель, чтобы дать вам две точки отсчета. Двумя наиболее распространенными установками для выравнивания являются конфигурации Z-образного сгиба и конфигурации, показанные на Рисунке 4. Вы можете увидеть Z-образный узор, который балка создает в Z-образной конфигурации. Эта конфигурация особенно полезна для наведения нескольких лазерных лучей на одну и ту же цель. Конфигурация на Рисунке 4 также получила свое название от пути луча, образованного отражением от зеркал.Результирующий луч будет ортогонален входному лучу. Эта конфигурация обычно более компактна, чем Z-образная складка. Помните, что при работе с лазером всегда надевайте защитные очки. Метод юстировки лазера с использованием любой конфигурации одинаков, поэтому мы будем использовать Z-образную конфигурацию для учебника. Поскольку размещение цели определяет путь луча, стратегически цель должна быть размещена рядом с выходом из зеркала, а другая точка отсчета находится дальше. Подойдет любое расстояние, но чем дальше находится цель, тем точнее будет выравнивание.Чтобы правильно выровнять лазерный луч, вы должны использовать первое зеркало для выравнивания более близкого целевого положения, а второе зеркало — для выравнивания дальнего целевого положения. Физически переместите оба зеркала, чтобы приблизить лазерный луч. Возможно, вам придется немного отрегулировать углы зеркала. После совмещения переместите цель в более дальнее положение. Если перемещение цели в более дальнее положение приводит к ее смещению, используйте второе зеркало, чтобы добиться перестройки. Этот процесс можно повторять до тех пор, пока пользователь не почувствует, что луч правильно выровнен в обоих положениях.Спасибо за просмотр. Если вам нужна дополнительная информация или у вас есть вопросы, свяжитесь с нашей службой технической поддержки или щелкните следующую ссылку.

Упрощение лазерной юстировки | Эдмунд Оптикс

Настройка лазерного луча может вызвать множество проблем, но знание определенных советов и приемов может значительно упростить процесс. Например, первый шаг в юстировке лазерного луча — убедиться, что луч коллимирован. Если лазерный источник представляет собой диод или оптоволокно, для этого могут потребоваться дополнительные оптические компоненты и узлы, такие как коллимирующие или цилиндрические линзы, оптоволоконные коллиматоры или пара анаморфных призм.Перед попыткой юстировки лазера также важно полностью понять процедуры лазерной безопасности и иметь необходимые защитные очки, специально разработанные для блокировки длины волны используемого лазера. Кроме того, карты обнаружения могут потребоваться для юстировки невидимых лазеров.

Для юстировки лазерного луча необходимо контролировать угловое и поступательное смещение луча. Это может быстро усложнить настройку выравнивания, требуя нескольких оптических компонентов, которые могут занимать ценное табличное пространство.Тем не менее, существуют две основные конфигурации, в которых используются кинематические крепления, которые являются эффективными и простыми решениями для юстировки лазеров в приложениях с ограниченным пространством.

Параллельная (Z-образная) конфигурация

Рисунок 1: Параллельная (Z-образная) конфигурация

На Рисунке 1 показана базовая установка и показана причина названия конфигурации Z-Fold. Два зеркала, установленные на двух кинематических опорах, используются для углового смещения и располагаются так, чтобы падающий луч попадал на поверхность зеркала под одинаковым углом для каждого зеркала.Для упрощения установки два зеркала расположены примерно под 45 °. В этой установке первая кинематическая опора используется для получения желаемого вертикального и горизонтального положения балки, а вторая — для компенсации углов. Конфигурация Z-Fold является предпочтительным методом для совмещения нескольких лазерных лучей на одной и той же цели. При объединении лазеров с разными длинами волн может потребоваться замена одного или нескольких зеркал дихроичными фильтрами.

Чтобы свести к минимуму количество итераций в процессе юстировки, лазер следует юстировать в двух отдельных контрольных точках.Можно использовать простую сетку перекрестия или даже белую карточку, помеченную знаком X, которая может быть очень полезной в процессе выравнивания. Первая контрольная точка находится на поверхности или как можно ближе к поверхности зеркала 2; второй — цель. Используйте первую кинематику, чтобы отрегулировать желаемое горизонтальное (X) и вертикальное (Y) положение луча в начальной опорной точке. Предполагая, что требуется перпендикулярный луч, это должно быть то же положение XY, которое требуется на цели. Как только это положение будет достигнуто, используйте вторую кинематическую опору, чтобы компенсировать угловой сдвиг и направить лазерный луч на действительную цель.Первое зеркало используется для приближения к желаемому выравниванию, а второе используется для точной настройки выравнивания по второму эталону или цели.

Перпендикулярная (Рисунок 4) Конфигурация

Рисунок 2: Перпендикулярно (Рисунок 4) Конфигурация

Конфигурация Figure-4 более сложна, чем Z-Fold, но может обеспечить более компактную компоновку системы. Подобно установке Z-Fold, компоновка рисунка 4 использует два зеркала, установленных на кинематических опорах.Однако, в отличие от конфигурации Z-Fold, зеркала устанавливаются под углом 67,5 °, что создает форму «4» для лазерного луча (рис. 2). Эта установка позволяет размещать зеркало 2 вдали от пути лазерного луча источника. Как и в конфигурации Z-Fold, лазерный луч должен быть выровнен по двум контрольным точкам, причем первая контрольная точка находится на зеркале 2, а вторая — на мишени. Первое кинематическое крепление следует использовать для перемещения лазерного пятна в желаемое положение XY на поверхности второго зеркала.Затем следует использовать вторую кинематическую опору для компенсации углового смещения и точной настройки выравнивания по цели.

Независимо от того, какая из двух конфигураций используется, выполнение описанного выше процесса должно минимизировать количество итераций, необходимых для достижения желаемых результатов. С помощью подходящих инструментов и оборудования и нескольких простых приемов центровку лазера можно значительно упростить.

Laser Alignment — Инструменты для оптической центровки

Современная оптическая метрология использует точные линии и плоскости в пространстве, из которых производятся измерения.Поскольку этот метод создает эти элементы с помощью света, он стал известен как оптический инструмент. Подробно обсуждается 35-летнее историческое развитие и современные технологии лазерных приборов, используемых в оптических инструментах. это включает в себя способ проведения измерений, приложения и технологию юстировочных лазеров и целей определения положения, разработанных для определения положения внутри лазерного луча или плоскости. Подробно обсуждаются различные геометрические формы, используемые для выполнения измерений соосности.Обсуждаются приложения и проблемы, которые ставит каждый. Обсуждается проблема выравнивания на больших расстояниях и влияние турбулентной атмосферы на процесс измерения, а также методы обработки связанных с ними ошибок.

ЧТО ТАКОЕ ОПТИЧЕСКИЙ ИНСТРУМЕНТ?

Оптический инструментарий — это средство установления и использования прямой видимости (LOS) для получения точных опорных линий и опорных плоскостей, по которым производятся точные измерения с позиционно чувствительными целями.[1] Раньше измерения производились человеком, интерпретирующим шкалу или оптический микрометр, глядя в телескоп юстировки; сегодня линии и плоскости создаются лазером; измерения являются цифровыми и не требуют интерпретации.

В оптическом инструменте используется принцип, согласно которому свет распространяется по прямым линиям, чтобы производить точные измерения, недоступные ручным или механическим методам. Линии уровня могут быть установлены на больших расстояниях с такой точностью, что каждая точка будет точно перпендикулярна силе тяжести.Отвес можно установить на заданный уровень. Прямые углы можно изготавливать быстро и точно с помощью вспомогательных компонентов.

При сборке, техническом обслуживании и калибровке промышленного оборудования или при настройке прецизионных систем всегда необходимо ответить на один или четыре основных вопроса: прямая, плоская, отвесная или квадратная? Для проведения этих измерений был разработан ряд методов; однако многие из них приводят к настолько большим неточностям, что нормальная работа задействованного оборудования может быть нарушена или серьезно поставлена ​​под угрозу.наука оптической метрологии и юстировки позволяет достичь высочайшей степени точности при ответе на эти четыре важных вопроса. Больше нет необходимости интерпретировать показания или делать постоянные корректировки и расчеты. В приложениях для лазерной центровки прямые и точные измерения выполняются быстро и последовательно.

Прямолинейность

При совмещении нескольких точек в качестве опорной линии часто используется натянутый трос. этот метод имеет множество недостатков и вносит неточности.Во-первых, проволока имеет вес, из-за чего она провисает; на больших расстояниях это провисание может стать значительным. Кроме того, проволока вибрирует, может изгибаться или перегибаться, а при растяжении в измеряемой области оборудование нельзя перемещать, опасаясь нарушения опорной линии провода. Даже легкий ветерок может привести к значительному смещению проволоки вбок; аэродинамическое сопротивление тонкой проволоки огромно.

При лазерной юстировке LOS устанавливается с помощью лазерного луча вместо тугой проволоки.Невидимый эталон LOS не имеет веса, не может провисать, изгибаться или нарушаться, а также не представляет опасности для безопасности. Он представляет собой точный, неизменный ориентир, определяющий прямолинейность с точностью до тысячных долей дюйма.

Плоскостность

Раньше для определения плоскостности использовались цеховой уровень и линейка. Однако на больших горизонтальных площадях цех необходимо перемещать от детали к детали. Следовательно, можно определить только степень плоскостности каждой отдельной поверхности, на которой расположен уровень.Все ли предметы на большой площади плоские, пока под вопросом. При установке крупногабаритного оборудования, наземных столов и крупных станков необходимо обеспечить ровность на значительной площади. Обычные пузырьковые уровни просто не обеспечивают требуемой точности. Термин «лазерные нивелиры», получивший широкое распространение, предлагает способ создания нулевой точки на большой площади. Лазерная технология преодолела многие недостатки пузырьковых уровней и обеспечивает выравнивание с точностью до нескольких тысячных дюйма на сотнях футов.такая высокая степень выравнивания достигается за счет горизонтального перемещения лазерного луча вручную или с помощью вращающегося столика с приводом от двигателя. эта вращающаяся линия лазерного света становится горизонтальной «плоскостью обзора», дающей точную горизонтальную опорную точку, иногда называемую ватерлинией.

Прямоугольность

Идеальная прямоугольность означает, что одна плоскость образует угол 90 градусов с другой пересекающейся плоскостью. Когда для проверки этого состояния используется стальной квадрат, результаты могут быть очень обманчивыми.Такие измерения зависят от правильности стального квадрата, который может изменяться от квадрата к квадрату со временем. Кроме того, стальные квадраты имеют определенные ограничения по своим физическим размерам, и, следовательно, испытание очень большой поверхности становится неточным, медленным и обременительным. Лазерная центровка преодолевает все эти недостатки и предлагает быстрый и точный метод определения прямоугольности.

Один из способов — использовать прозрачную пента-призму в сочетании с простым юстирующим лазером.этот оптический элемент разделит луч лазера на две части; один луч проходит через призму без отклонения, другой луч отражается под идеальным углом 90 градусов. это будет описано более подробно позже. В других системах используются три независимо установленных лазера, ортогональных друг другу.

Отвес

Классически отвес используется для установления единой вертикальной опорной линии. Конечно, с увеличением вертикальных расстояний отвес становится громоздким и неточным.Отвес долго не успокаивается. Кроме того, его легко раскачивать из-за вибрации, воздушных потоков и других помех, которые неизбежно возникнут.

В методе лазерной юстировки есть несколько способов создания привязки по отвесу; это может быть самолет или линия. Чтобы сформировать отвес, юстировочный лазер с функцией автоколлимации используется с лужей практически любой жидкости. Автоколлимация определяет угол внешнего зеркала, отражая его луч обратно в лазерную головку.Датчик положения, светоделитель и линза измеряют угол отраженного луча. Когда лазер настроен так, что внутренний датчик показывает 0 по обеим осям, тогда лазер создает отвес. Если лазерный луч испускается из поворотной базы с ручным или моторным приводом, ось вращения которой расположена горизонтально, то плоскость развертки света является вертикальной. Детекторы положения в этой плоскости укажут, насколько далеко они находятся по отношению к плоскости в ту или иную сторону.

СПОСОБЫ ОБРАБОТКИ ЛАЗЕРНЫХ ИНСТРУМЕНТОВ

До того, как стали использоваться лазеры и электронные цели, юстировка заключалась в прицеливании через две точки, ближней и далекой, и определении того, находится ли объект, помещенный между ними, влево или вправо, вверх или вниз по отношению к этой прямой видимости.выбор двух контрольных точек по-прежнему является наиболее важным процессом выбора при съемке прямолинейности. Например, при обследовании тяжелого станка две контрольные точки, определяющие LOS, должны быть расположены вне станка. Если по какой-либо причине машина переместится или отклонится, все измерения будут ошибочными. две контрольные точки должны быть расположены достаточно близко, чтобы их было удобно использовать, и / или они не должны мешать другим людям, работающим в этом районе. Транзиты и телескопы для юстировки первыми выполнили такие измерения.Но проблема транзитов и телескопов в том, что они требуют, чтобы человек интерпретировал шкалу, помещенную на интересующий объект; и обычно второй человек держит весы напротив объекта. Это работа двух человек, для успешного выполнения которой требуются время и много тренировок. Он также подвержен ошибкам. Этот тип измерения центровки, обычно называемый прямолинейностью, является самым основным из всех приложений для центровки. На рисунке ниже слева показан юстирующий лазерный источник, коллимированный луч которого попадает в цель датчика положения справа.цель может свободно скользить и измерять прямолинейность конструкции, к которой она прикреплена.

Еще одно распространенное требование — установить еще одну точку LOS перпендикулярно или параллельно исходной LOS. Для установления перпендикуляра используется специальная призма — пента-призма. Пента призма обладает тем свойством, что вращение вокруг своей оси вообще не отклоняет отраженный луч; он не требует критического монтажа. Пента-призмы часто называют оптическими квадратами — соответствующий термин.Чтобы установить параллельную LOS существующей LOS, как правило, требуются инструментальные стержни, если расстояние относительно невелико, скажем, метр или меньше. Эти стержни сделаны из стали и удерживают электронные цели на точном расстоянии от центра. Использование двух из них с исходной LOS устанавливает параллельную LOS. Если расстояние между двумя LOS велико, то это можно сделать с помощью пента-призмы дважды; первый раз повернуть луч на 90 градусов, затем на определенное расстояние и завершить поворот луча назад на 90 градусов.Следует позаботиться о том, чтобы две LOS были действительно параллельны; обычно использование опорной точки уровня значительно упрощает задачу.

: следующее приложение для выравнивания включает измерение ошибки выравнивания между двумя разными базами LOS; Типичное применение — определение поперечного смещения и угловой погрешности между двумя валами. валы по существу определяют две точки LOS. измерение заключается в установке источника на одном валу параллельно ему. цели размещаются на второй шахте и обследуются.затем валы поворачивают на 180 градусов и снова исследуют; разница в два раза больше смещения вала. Если цель размещается в двух осевых точках и измеряется смещение, разница смещений, деленная на удвоенное осевое расстояние, представляет собой угловую ошибку в радианах. На рисунке ниже показан типичный метод измерения ошибок соосности вала с помощью лазера и мишени.

Более сложное приложение для юстировки — быстрое сканирование лазерного луча для создания световой плоскости.Преимущество этого заключается в том, что с помощью одного лазерного источника можно выровнять множество целей. В простых приложениях для измерения прямолинейности целевое местоположение ограничено активной областью датчика положения. При выравнивании плоскости по траектории цели используют чувствительность только в одном измерении. Типичное применение для создания плоскости уровня — это размещение трех или более целей в одном и том же (желаемом) месте ватерлинии и корректировка структуры, на которой находятся цели, до тех пор, пока все цели не будут считаться одинаковыми. Цели для выравнивания по плоскости со скользящей разверткой могут быть статичными, что означает, что для них необходимо постоянно направлять лазерный луч.Обычно лазерный луч перемещается вручную, вращая ручку на источнике лазера. Если лазерная плоскость движется с высокой скоростью, скажем, раз в секунду или быстрее, тогда цели должны захватывать и удерживать положение лазерного луча, пока луч проходит мимо. проблема становится труднее решить на большом расстоянии, потому что луч находится на детекторе в течение таких коротких периодов времени. На рисунке ниже показано сканирование лазерного луча уровня с горизонтальной разверткой несколькими целями, размещенными на станине станка. Перемещая цели вокруг высоких и низких точек, можно обнаружить и измерить.

ОБЗОР ТЕХНОЛОГИИ ЛАЗЕРНОЙ ВЫРАВНИВАНИЯ

В 1961 году, вскоре после изобретения гелий-неонового (HeNe) лазера Джаваном [2], появились первые лазерные системы юстировки. HeNe-лазер был первым практическим способом получения света непрерывной волны (CW). До тех пор непрерывный лазер считался изобретением, ищущим применение. высокая степень когерентности и гауссов профиль интенсивности позволил легко коллимировать его или сформировать в пучок, который мог распространяться на большие расстояния без значительного распространения.Обычно диаметр гелий-неонового лазера 1 мм увеличивали до 6–12 мм, чтобы обеспечить хорошую коллимацию в разумном диапазоне. физика распространения лазерных лучей диктует, что чем больше начальный диаметр луча, тем меньше он будет распространяться. система центровки была простой по замыслу; поскольку свет распространяется по прямой линии, чувствительные к положению цели, которые могут перехватывать лазерный луч в различных местах на пути луча, будут обеспечивать измерение прямолинейности.

Цели выравнивания

первые двумерные (двумерные) позиционно-чувствительные цели первоначально состояли из четырех квадратных фотодетекторов, сгруппированных вместе по схеме 2 x 2; он был назван четырехъядерным.[4] Положение лазерного луча на поверхности этой мишени было вычислено с помощью обработки аналогового сигнала. Самый простой метод просто измеряет, когда луч точно пересекает границу между двумя фотодетекторами. этот метод обнуления был очень воспроизводимым и имел одинаковую точность независимо от мощности лазерного луча. этот метод не может дать значимых данных, когда лазерный луч смещен из своего нулевого положения.

— первые позиционно-чувствительные цели, которые измеряли смещение, появились в начале 1970-х годов.Использовалась разница выходов двух фотоэлементов, расположенных друг напротив друга. этот метод был точен до 1/8 диаметра лазерного луча. Измерение за пределами этого расстояния привело к уменьшению значения разностного сигнала (смещения), достигнув окончательного значения, когда лазерный луч полностью попал на один фотоэлемент. Фактически, с четырехъячеечной ячейкой (или двухячейковой мишенью для одномерных приложений) невозможно измерить расстояние от стороны до стороны, превышающее 1/2 диаметра луча. Еще одним серьезным недостатком этого метода является то, что измерение пропорционально мощности лазера.Изменения мощности, принимаемой детектором из-за атмосферного ослабления, прогрева лазера, источника питания или температуры, требовали ручной регулировки усиления сигнала. Промежуточное решение заключалось в том, чтобы часто проверять смещение, производимое мишенью, с помощью приспособления для проверки в полевых условиях. это был не что иное, как цилиндр, который скользил по передней части мишени. в приспособлении было стеклянное окно толщиной 1/4 дюйма, наклоненное под небольшим, но точным углом. это произвело известное боковое смещение лазерного луча на поверхности мишени.Если измерение было слишком большим или маленьким, горшок был отрегулирован, чтобы вернуть правильное значение измерения.

Следующей разработкой середины 1970-х годов было улучшение обработки сигналов и создание сигнала смещения, который не зависел от мощности лазерного луча. это было сделано с помощью интегральной схемы, называемой аналоговым делителем. Аналоговые делители раньше были большими приборами, монтируемыми в стойку, которые с появлением микроэлектроники были резко уменьшены в размерах и стоимости до одной интегральной схемы.сигнал измерения был вычислен путем деления разности выходов двух фотоэлементов на их сумму. Поскольку и разностный сигнал, и суммарный сигнал пропорциональны мощности лазера, деление одного на другое дает логометрический сигнал, который не зависит от мощности падающего лазера; он действительно измерял положение лазерного луча на цели.

Однако осталось много недостатков. Важными из них по-прежнему были нелинейные измерения, линейный диапазон измерений, ограниченный примерно 1/8 диаметра луча, и чувствительность к окружающему свету.Окружающий свет можно было заглушить с помощью трубок, помещенных на концах мишеней, или с помощью интерференционных фильтров, которые отклоняли любой свет не с длиной волны лазера. Но эти фильтры дорогие, а трубки громоздкие.

эффект окружающего света или теней, отбрасываемых на поверхность детектора, можно было бы отклонить, если бы лазер был модулирован по амплитуде. Но модуляция гелий-неонового лазера особенно сложна из-за того, что для поддержания возбуждения плазменной трубки требуется 1000 вольт.Практически на гелий-неоновом лазере достижима глубина модуляции только 10%. это существенно снижает уровень полезного сигнала в 10 раз, поскольку статический или постоянный уровень лазера отклоняется схемой обработки.

Появление в конце 1970-х годов детектора позиционирования (PSD) или фотодиода Walmark позволило использовать более широкие и линейные диапазоны измерений. PSD представляет собой плоский кусок легированного кремния, который производит сигнал, пропорциональный интенсивности и положению «центра интенсивности» падающего на него света.В отличие от четырехъядерной ячейки PSD не достигает насыщения, когда световое пятно перемещается более чем на 1/2 диаметра луча. PSD выдает монотонно возрастающий сигнал по мере того, как световое пятно движется по его поверхности. PSD не различает структуру, которая есть; это не датчик изображения. Он будет генерировать такой же сигнал, если на него попадет лазерный луч малого диаметра с заданной мощностью, а также такой же сигнал, распространенный по большому диаметру. обычно это не проблема. Одним из преимуществ PSD является то, что он очень быстр по сравнению с фотоэлементами; некоторые имеют верхний предел частоты в мегагерц.Типичный PSD был назван тетралатеральным типом, поскольку он имел 4 электрода и обратный путь заземления. Эти типы PSD все еще демонстрируют некоторые ошибки линейности в диапазонах измерения, превышающих 25% от его активного диаметра. Сегодня существуют двухсторонние типы с фигурными электродами на плоской поверхности, которые дают очень линейный сигнал.

В некоторых мишенях используются детекторы на ПЗС-матрице (матрице с зарядовой связью). В мишенях CCD используется детектор того же типа, что и в видеокамерах. эти мишени намного дороже и медленнее, чем типы PSD.у них есть одно большое преимущество; поскольку они могут воспринимать структурированный свет, они могут определять центр тяжести луча даже в присутствии шума или некруглого луча. они делают это, используя методы цифровой обработки сигналов (DSP). поэтому такие мишени более дорогие; Требуемая обработка сигнала — это фактически обработка изображения, которая требует больших вычислительных затрат времени. Однако по мере того, как цена на ПЗС и ЦСП снижается, а их скорость растет, все больше и больше объектов будут использовать ПЗС-матрицы в качестве своих оптических датчиков положения.

Микропроцессоры появились в начале 1980-х годов и позволили повысить гибкость обработки сигналов. Теперь система может быть почти полностью цифровой по своей природе. это позволяло им подключаться к сетям и отправлять свои данные на большие расстояния. PSD может быть исправлен с учетом его ошибок путем калибровки его во время производства и сохранения ошибок в программной справочной таблице или с помощью процедур подбора кривой. Когда выполняется измерение, процедура LUT или аппроксимации кривой преобразует необработанные данные из PSD в очень точный сигнал смещения.Одним из огромных преимуществ этого метода является то, что он позволяет метрологически идентичны всем мишеням независимо от конкретной используемой PSD. таблица поиска может храниться в микросхеме памяти прямо в целевом объекте, рядом с PSD. Обычно это делается с помощью компонента энергонезависимой памяти, такого как электрически стираемое постоянное запоминающее устройство. Наконец, в конце 1980-х годов появилась дуолатеральная PSD, которая по существу обеспечивала линейность выше 0,1% по всей поверхности детектора.

Лазерные источники

Как упоминалось ранее, первыми источниками лазерного света были гелий-неоновые лазеры.Вначале у них была очень короткая жизнь; обычно менее 1000 часов. Со временем их срок службы был увеличен за счет совершенствования стекло-металлического уплотнения плазменной трубки. Одна плохая характеристика HeNe — их эффективность; менее 0,1%. Практически вся мощность 5 Вт или около того, необходимая для лазера мощностью 5 милливатт, проявляется в виде тепла. Одной из важнейших конструктивных характеристик системы юстировки является ошибка наведения лазера. Для газовых лазеров, таких как HeNe, направление, которое лазер указывает при запуске, не будет тем, на которое он указывает через 1 час.Типичная скорость дрейфа составляет от 0,1 до 1 миллирадиан в час; максимальный дрейф может достигать 10 миллирадиан. такая ошибка наведения приведет к сдвигу на 1 дюйм на высоте 8 футов! Лазеры типа плазменной трубки, такие как He-Ne, печально известны плохой стабильностью наведения. Даже после того, как они нагреются, легкий ветерок, пересекающий его корпус, заставит лазерный луч поворачиваться в другом направлении. этот тип ошибки всегда вызывает ошибки в измерениях, если оператор: а) не может выполнить измерения за меньшее время, чем происходит дрейф, или б) часто перенаправляет лазер на известную опорную точку.

В начале 1990-х первые лазерные диоды видимого диапазона стали использоваться в качестве коллимированного источника. они маленькие, недорогие, требуют очень мало энергии, имеют КПД от 5 до 10% и исчезающе малую скорость дрейфа. Однако в оптическом отношении они уступают газовым лазерам. свет от типичного лазерного диода испускается через маленькую прямоугольную апертуру размером примерно 1 х 3 микрона. Из-за этой маленькой апертуры свет дифрагирует или сильно распространяется с расстоянием; у него также есть два разных угла распространения, потому что апертура прямоугольная.Если линза хорошего качества расположена так, что ее заднее фокусное расстояние совпадает с излучающей поверхностью лазерного диода, полученный луч будет эллиптическим в поперечном сечении и страдает астигматизмом. астигматизм является следствием апертуры и приводит к лучу, который всегда имеет две перемычки вместо одной.

Требуются большие усилия, чтобы преобразовать свет лазерного диода в высококачественный коллимированный луч, подходящий для использования в системах точной юстировки. Детекторы PSD лучше всего работают с пучком круглого сечения с одной перетяжкой.используются три подхода для улучшения качества коллимированного луча от лазерного диода; внутренняя и внешняя цилиндрическая оптика; внешняя призменная оптика и волоконная связь.

цилиндрическая линза используется для обеспечения того, чтобы дифрагированный свет, выходящий из лазерного диода, имел одинаковые углы расхождения по обеим осям. Теперь можно купить лазерный диод с этой линзой внутри типичного корпуса лазерного диода диаметром 9 мм и длиной 5 мм. Если этот объектив не выбран тщательно, все еще может быть значительный астигматизм в оптической системе.Пары внешних призм можно использовать для округления лазерного луча, но это не решает проблему астигматизма.

— лучший на сегодняшний день способ, позволяющий лазерному диоду обладать большинством тех же свойств, что и гелий-неоновый лазер, заключается в объединении света лазерного диода в одномодовое оптическое волокно. Обычно это делается внутри небольшого корпуса, который объединяет лазерный диод с парой асферических линз, которые эффективно направляют свет в волокно. свет, выходящий из другого конца волокна, имеет однородное поперечное сечение, не имеет астигматизма и имеет четко определенный угол дифракции.конец волокна затем помещается на заднее фокусное расстояние линзы. полученный коллимированный луч почти такой же, как и у гелий-неонового лазера. Выбирая линзы с разным фокусным расстоянием, лазерный луч может иметь любой диаметр. скорость дрейфа этих лазерных источников вызвана не лазером, а корпусом, в котором он заключен. Если используется стальной корпус, максимальный дрейф может составлять всего несколько угловых секунд.

свет от лазерного диода поляризован в одной плоскости. метод волоконной связи вносит случайную поляризацию в пучок после его прохождения через волокно.Случайно поляризованный свет обычно не является проблемой для юстировочной мишени, состоящей из фотодиода с боковым эффектом.

Механический инструмент

Во всех приложениях для лазерных измерений всегда возникает вопрос о том, как установить мишени и лазерные источники. Обычно поставщики коммерческого оборудования поставляют свое собственное монтажное оборудование. существует только один непатентованный стандарт оптического инструментария для точного позиционирования целей и лазеров. Он называется Национальным аэрокосмическим стандартом (NAS) и основан на точности всех компонентов 2.Отверстия диаметром 25 дюймов. механический интерфейс NAS используется для размещения и монтажа всех оптических инструментов. Эта универсальная система крепления состоит из инструментальной сферы и 3-точечного держателя чашки. Инструментальная сфера представляет собой усеченную стальную сферу диаметром 3,5 дюйма. Эти сферы имеют толщину 2 дюйма и отверстие диаметром 2,25 дюйма, обработанное точно через центр сферы. оптическая мишень или лазерный источник вставляется в отверстие сферы, а затем сфера устанавливается на трехточечном креплении и зажимается.Мишени сконструированы таким образом, чтобы оптические датчики располагались точно в центре сферы. Если цель слегка наклонена, показание не изменится. На рисунке x ниже показаны прозрачная цель и эталонная цель с использованием этих инструментальных сфер.

ВЫРАВНИВАНИЕ ЛАЗЕРА ОДНОЙ МИШЕНИ

основным недостатком лазерных систем ранней юстировки является то, что они использовали только одну цель. Цель, помещенная на опорную станцию, устанавливает один конец LOS; центр лазерного луча — это другой конец LOS.сначала лазерный источник осторожно наводится на центр мишени. затем оператор перемещает цель из исходной позиции, чтобы использовать ее в промежуточных точках.

есть две существенные проблемы с юстировкой одиночной цели лазера:

• оператор не замечает движения лазерного луча; и
• ошибки выравнивания возникают, если положение лазера в опоре часто не проверяется

единственный способ проверить движение луча — это остановить операции юстировки, удалить цель из ее рабочего положения и переместить ее в положение опорной станции.затем проверяется положение лазерного луча на цель на опорной станции, и при необходимости лазерный луч перенаправляется. этот метод полезен только для медленных изменений положения лазерного луча на опорной станции, вызванных тепловыми возмущениями в выравниваемой конструкции или геологическими влияниями в месте расположения лазерного источника. Невозможно исправить высокочастотные помехи, такие как вибрация.

ВЫРАВНИВАНИЕ ДВУХ МИШЕННЫХ ЛАЗЕРОВ

Если используются две цели, измерение становится более точным; добавление эталонной цели, расположенной в конце LOS, постоянно отслеживает положение луча.цель, используемая оператором для прохождения света к эталонной цели, называется «выровненной» или прозрачной мишенью.

Пассивная компенсация наведения

Если двумерные координаты лазерного луча на эталонной мишени и эталонной мишени измеряются одновременно, положение юстировочной мишени по отношению к линии между лазером и эталонной мишенью может быть измерено независимо от какой-либо ошибки наведения лазера. лазерный луч не обязательно должен быть точно нацелен на центр эталонной цели.Вместо этого координаты лазерного луча на обеих мишенях используются для компенсации любого движения лазерного луча.

На рисунке x линия между центром эталонной цели и центром источника лазерного луча определяет LOS, а не лазерный луч. лазерный луч показан направленным вверх, что указывает на ошибку лазерного наведения. прозрачная цель выравнивания отображается по центру относительно LOS. погрешность наведения или клина, измеренная на эталонной (R) цели, составляет h. Из-за схожих треугольников ошибка наведения составляет h ’ или (d / D) * h на цель выравнивания.Вычитание этой ошибки из измеренного положения луча на мишени выравнивания приводит к скомпенсированному (C) измерению совмещения или истинному положению мишени по осям x и y:

LOS определяется двумя точками: одна точка является центром корпуса лазера, а другая — центром эталонной цели. постоянные d и D измеряются в поле или были предварительно введены в компьютер. Требуются абсолютные целевые расстояния. Из-за того, что в этом методе используются геометрические принципы, он называется компенсацией аналогичного треугольника или пассивной компенсацией наведения.

Активная компенсация наведения

Возможно, самым последним методом компенсации направления лазерного луча из-за тепловых, механических или атмосферных воздействий является активное управление лазером. в этом методе используются все компоненты в качестве пассивной компенсации наведения, за исключением того, что теперь лазер оснащен внутренними или внешними приводами наведения по тангажу и рысканью. удаленная эталонная цель отправляет свои сигналы ошибки обратно в лазер, где выполняется управление, чтобы обнулить ошибку; система действует как оптический сервопривод.Одним из преимуществ этого метода перед аналогичным методом треугольника является то, что не нужны абсолютные или ратиометрические расстояния. Поскольку лазер всегда находится в центре эталонной цели, математическая компенсация не требуется. Любая прозрачная мишень, помещенная в луч на любом расстоянии от лазера, просто определяет положение луча. В этом методе лазерный луч является LOS.

СИСТЕМЫ СКАНИРОВАНИЯ

Сканирующие системы могут быть простыми одноосными системами, вращающимися вручную, или иметь 3 оси с приводом от двигателя каждой оси.Самыми простыми источниками лазерного излучения для систем такого типа являются небольшие коробки с регулируемыми ножками и пузырьковые пузырьки. пользователь должен настроить источник на состояние уровня, прежде чем его можно будет использовать. Для трехосных систем, как только уровень будет установлен, две другие оси будут уносить вертикальные плоскости света, перпендикулярные друг другу. Самые сложные сканирующие источники автоматически отбрасывают луч с помощью двигателя, и они также содержат внутренние датчики уровня. Некоторые даже управляют степенью «ровности» с помощью сервокоррекции источника, если он смещается с уровня.В более простом методе используется маятник, к которому прикреплен легкий лазерный диодный источник.

цели для этих типов источников всегда одномерные. Для источника, вращаемого вручную, электроника аналогична двумерным целям; пользователь должен вручную направить луч в окно цели. Для динамического сканирования целей используйте очень быстрый детектор, поскольку луч проходит всего за несколько микросекунд, если цель расположена на некотором расстоянии и скорость сканирования составляет 60 об / мин или выше. Иногда PSD используются в качестве датчика.Для высокоскоростных систем используется двухэлементный датчик. датчик имеет прямоугольную форму и ориентирован в продольном направлении. Типичный размер — 30 мм в высоту и 5 мм в ширину. Но этот датчик разделен по диагонали на два фотоприемника треугольной формы. каждая из двух частей двухэлементной треугольной формы подключена к схеме синхронизации. Когда время, которое лазерный луч проводит на каждом сегменте, одинаково, луч находится точно посередине двухъячейки. Отклонения вверх и вниз создают разницу во времени, которая точно пропорциональна расстоянию.

Основным преимуществом сканирующих систем является то, что многие цели могут быть помещены в зону сканирования. Он имеет окно сканирования на 360 градусов и действительно предназначен для работы с нивелированием. Точность такая же, как и при простой лазерной юстировке, и будет подробно обсуждаться позже.

ИСТОЧНИКИ ОШИБОК

Любая лазерная система юстировки связана с ошибками измерения. Даже если активная и пассивная компенсация наведения не используются, любая прозрачная цель не должна вызывать поворота или отклонения лазерного луча, когда он проходит через нее.Точность системы зависит от лазерного луча, идущего по прямой от лазера через (возможно, несколько) прозрачную цель (цели) и, наконец, к эталонной цели. прозрачная мишень обычно использует своего рода светоделитель и имеет окна на каждом конце. Каждое окно и светоделитель имеют небольшую погрешность клина, которая приводит к неправильному направлению луча. хотя ошибка клина этих компонентов обычно мала (десятки угловых секунд) на больших расстояниях, ошибки смещения могут стать большими.есть два типа ошибок, которые можно ввести в уравнение компенсации; что из-за наведения лазерного луча прозрачной мишенью (ошибка угла клина) и из-за небольшого наклона цели (ошибка отклонения).

Ошибка угла клина

Регулировка вращения клиновых призм на прозрачной мишени позволяет регулировать ошибку преломления прозрачной мишени до менее одной угловой секунды. На рисунке 3 показана система с двумя мишенями, в которой лазерный луч изначально центрирован на мишени для выравнивания.

Мишень юстировки показана с ошибкой клина δ и направляет падающий лазерный луч в сторону от прямой видимости. лазерный луч падает на поверхность эталонной мишени на расстоянии (D-d) δ от ее центра. алгоритм компенсации затем выдает ошибку ε величиной:

из-за ошибки клина δ прозрачной мишени выравнивания. Осмотр показывает, что эта ошибка равна нулю, когда цель выравнивания расположена на расстоянии 0 или D от лазерного источника. Если бы цель выравнивания была расположена рядом с эталонной целью (d = D), она не привела бы к значительной ошибке рулевого управления в эталонной цели.Если бы он был расположен рядом с лазером (d = 0), ошибка клина, видимая на мишени выравнивания, также равна нулю. ошибка максимальна, когда цель выравнивания расположена посередине между лазером и эталонной целью.

в таблице 1 ниже показано, как ошибка прозрачного клина цели влияет на точность выравнивания системы в зависимости от расстояния лазера до эталонной цели D. В таблице предполагается, что цель выравнивания расположена в точке D / 2; или половину расстояния от лазера до опорной цели.

BeamDelta: простой инструмент для юстировки оптических систем

Абстрактные

BeamDelta — это инструмент для юстировки оптических систем.Это очень помогает в сборке оптических систем на заказ, предоставляя просмотр в реальном времени текущего положения лазерного луча и ссылки позиция.

Даже простая оптическая установка имеет несколько степеней свободы которые влияют на выравнивание траекторий луча. Эти степени свобода растет экспоненциально со сложностью система. Процесс юстировки всех оптических компонентов для конкретная система часто эзотерична и плохо документирована, если это вообще не задокументировано.

Часто используемые методы центровки основаны на визуальном осмотре балок. попадание в микроотверстия на пути луча, что обычно требует опытный оператор смотрит на диффузные отражения в течение длительные периоды времени.Это может привести к снижению точность из-за напряжения глаз, слепоты вспышки, а также такие симптомы, как головные боли и, возможно, более серьезные заболевания сетчатки повреждать.

Здесь мы представляем BeamDelta простой инструмент для выравнивания и сопутствующий программный интерфейс, который позволяет пользователям получать точное выравнивание как устранение необходимости смотреть на рассеянный лазер размышления. BeamDelta — надежный инструмент для выравнивания, поскольку он не требует самого точного выравнивания.

Введение

Многие лаборатории полагаются на микроскопы в своих текущие исследования.Тем не мение, коммерческие предложения часто отстают от последних событий в поля, или они могут не быть адаптированы к конкретному пользователю потребности. Таким образом, часто возникает необходимость в лабораториях для создания их собственные индивидуальные системы микроскопии. Многие изготовленные на заказ оптические системы очень сложные и деликатные системы, требующие много, а иногда и несколько десятков оптических компонентов. Это особенно актуально для ультрасовременных установок микроскопии, таких как Решетка Light Sheet [1], 4 \ (\ pi \) целая ячейка переключение одной молекулы [2], iSIM [3] или адаптивная оптическая SIM-карта система [4-6].

Часто, даже внутри групп, создающих такие инструменты, протокол выравнивания плохо определен и неточен. Обычно системы изначально настроены на небольшой луч и без линз. Точечные отверстия или радужки размещаются в критических точках в оптическая система, а затем световой луч, обычно лазер с к этим точкам совмещен небольшой угол расхождения. Линзы затем добавляются по одному. Как только линза добавлена, распространение луча проверяется далее по оптическому путь, чтобы луч проходил через центр объектив и угол объектива оценивается путем обеспечения задней отражения сосредоточены на падающем луче.Этот процесс повторяется для каждого объектива. Качество совмещения зависит от значительного опыта и субъективного суждения оба видят, насколько хорошо выровнен луч, и решают, когда он достаточно хорошо выровнены, чтобы перейти к следующему элементу в система.

У этого подхода есть две очевидные проблемы. Во-первых, человеческий глаз имеет ограниченную разрешающую способность примерно от 3 до 6 угловые секунды [7]. На расстоянии 50 см, это предел разрешения приблизительно 10 мкм. Это не учитывает ошибки параллакса, которые может еще больше снизить разрешение и ввести систематические ошибок и не учитывает способность пользователя точно оценить сравнение между тем, где лазерное пятно в настоящее время и где это было в какой-то момент в прошлом [8].Вторая проблема в том, что это метод выравнивания требует, чтобы пользователи смотрели на рассеянный лазер отражения в течение продолжительных периодов времени, что несет неотъемлемый риск безопасности [9]. Опять же, это проблема может усугубиться, если пользователь попытается минимизировать ошибки параллакса и выравниваются с оптической осью, поскольку они то рискуете случайно заметить коллимированный лазер световые или зеркальные отражения.

Наш инструмент BeamDelta предназначен для решения обеих этих проблем. Это измеряет положение лазерного луча и обеспечивает в реальном времени обратная связь о его расстоянии от выровненного положения.Позиция измеряется от центра тяжести пятна на изображении камеры. Измеренный положение может быть значительно лучше, чем оптическое разрешение или размер пикселя 5–10 мкм с современными недорогими камерами [10] и легко превосходит то, что доступно человеческому глазу, без ошибки параллакса. Кроме того, пользователю не нужно непосредственно наблюдать за лазером или отражениями, снижая безопасность риск прямого попадания в глаза лазерного излучения.

Методы

Реализация

BeamDelta имеет два аспекта: аппаратное обеспечение и программное обеспечение.

Оборудование

Чтобы описать нашу реализацию и использование системы в На практике мы обсуждаем детали двух вариантов использования BeamDelta для юстировки оптических систем. Они охватывают добавление одного линзу в существующую систему и совмещение двух лучей, например два лазера с разной длиной волны.

[1] Базовый аппаратное обеспечение. Диаграмма, показывающая входной луч (зеленый), отраженный Зеркало 45 °, а затем разделение на светоделителе 50:50 и наблюдается двумя камерами.

Сценарий использования 1: выравнивание линз

В этом случае мы добавляем линзу в систему, которая имеет небольшой выровненный луч уже распространяется по ожидаемой траектории луча. В цель — добавить в систему дополнительную линзу и добиться хорошего выравнивание линзой перпендикулярно лучу и центрирование на нем. Чтобы выполнить повторное выравнивание после добавления одной линзы, только требуется одно изображение. Пока плоскость изображения не находится на фокус линзы, то смещение луча от идеального приведет к к смещениям в положении балки.В этом случае самый простой подход — иметь компактную CMOS-камеру прямо на пути луча. Камера может быть прикреплен к стойке через адаптер c-mount и размещен прямо на пути луча.

Вариант использования 2: Совместное лазерное выравнивание.

В этом случае у нас уже есть один лазер, распространяющийся вдоль системе, и мы хотим настроить второй лазер так, чтобы он распространялся в то же положение и угол, что и у существующей балки. Чтобы определить положение и угол луча, два изображения самолеты необходимо соблюдать.Мы делаем это, устанавливая две камеры в клеточная система с неполяризационным светоделительным кубом 50:50 между их. Для достижения разумной угловой чувствительности два изображения плоскости должны быть в разных оптических позициях, поэтому разные расстояния от светоделителя 50:50.

Кроме того, мы считаем полезным установить плоскость под углом 45 °. зеркало перед кубом светоделителя, чтобы обеспечить всю центровку устройство должно находиться вне плоскости пути оптического луча и легко перемещаться в разные места в системе.Тогда аппарат в целом установлен на стойке и может быть размещен на пути луча.

Используемая нами конфигурация двойной камеры показана на Рис. 1. Нижняя и верхняя камеры находятся на 50 мм и 230 мм от центра светоделителя соответственно, что приводит к разнице хода 180 мм. В центр светоделителя находится на расстоянии 65 мм от центра светоделителя. Плоское зеркало 45 °. Имея регулировочные винты с накатанной головкой на этом Зеркало 45 ° позволяет легко вносить небольшие изменения в убедитесь, что лучи падают на датчики.

Добавление объектива в «длинную руку» двойной камеры. конфигурация на фокусном расстоянии от датчика камеры позволяет дополнительная конфигурация. В этой дополнительной конфигурации, если система размещенный на бесконечном отрезке пути луча, он одновременно визуализировать как плоскость Фурье, так и плоскость изображения. Используя съемное кинематическое крепление, объектив легко устанавливается внутри и снаружи луч, быстро преобразующийся между этим приложением и стандартным режим двойной камеры.

Камеры

Из-за их небольшого физического размера, большого количества пикселей и поддержки в Пакет Python Microscope, мы решили использовать камеры Ximea xIQ, хотя можно легко использовать другие камеры. Технические характеристики Ximea xIQ спецификации можно найти на сайте производителя (https://www.ximea.com/downloads/usb3/manuals/xiq_technical_manual.pdf).

Размер пикселя Ximea xiQ MQ042MG-CM составляет 5,5 мкм, поэтому боковое оптическое разрешение для обеих камер составляет 11 мкм. Тем не мение, локализуя центр тяжести сигнала над фоном, мы получаем локализацию точность значительно лучше, чем разрешение изображения [10] (Рисунок 2).Точный точность зависит как от размера пятна, так и от его отношения сигнал / шум, но моделирование предполагает, что реалистичные значения будут давать точность 10–100 раз лучше, чем человеческий глаз, \ (\ приблизительно \) размер пикселя 0,01, т. е. 55 нм для Ximea xiQ (Рисунок 2). В оптическое угловое разрешение верха и нижние камеры — 7,70 и 19,72 угловых секунды соответственно, но опять же, расчет центроида позволяет локализовать точечный центр с гораздо более высокой точностью.

Более высокая угловая точность верхняя камера подразумевает, что ее следует использовать для измерения любой угловой прогиб.Хотя человеческий глаз теоретически имеет угловой разрешение 3–6 угловых секунд, по причинам, обсуждаемым во введении, Маловероятно, что это когда-либо будет достигнуто на практике. Центроид представленные здесь измерения могут значительно лучшая точность даже при низком соотношении сигнал / шум (Фигура 2). Поэтому ясно, что BeamDelta предлагает явное преимущество перед традиционными методами центровки с использованием визуальное наблюдение лучей на отверстиях или радужках.

[2] Измерение точности локализации как функции сигнала к коэффициент шума (SNR) с использованием смоделированных данных.Гауссово пятно 200 \ (\ times \) 200 пикселей со стандартным отклонением 40 пикселей было помещается в известное случайное место в массиве 2048 \ (\ times \) 2048 с Гауссовский белый шум при фиксированном SNR. Центр измерялся с помощью тот же процесс, что и BeamDelta. Вверху: Центроид ошибка локализации как функция SNR, сосредоточенная вокруг домена порог перехода между плохой и хорошей локализацией. В «Переходная зона» охватывает диапазон от -5,78 до -5,76 дБ. В центре: центроид ошибка локализации как функция SNR при хорошей локализации домен.Для нормального варианта использования SNR (от 20 до 40 дБ, т. Е. SNR 10: 1-100: 1) точность локализации составляет \ (\ приблизительно \) 0,01 пикселя. Внизу: визуальный представление локализаций выше. В низком SNR, центроид всегда располагается примерно в центре массив. В области высокого SNR положение центроида меняется случайным образом, как и ожидалось, поскольку положение гауссова пятна меняется случайным образом.

Программное обеспечение

Программный компонент BeamDelta обеспечивает просмотр в реальном времени камеры, исходное и текущее центральное положение самая яркая особенность камеры, обычно пятно лазерного луча, и расстояние между этими двумя позициями (Фигура 2).

[3] Скриншот пользовательского интерфейса BeamDelta. Красный крест отмечает место центроида, по которому нужно выровнять («опорный центроид»). В зеленый крест отмечает местоположение текущего центроида. В разница в положениях X-Y центроидов для каждой камеры составляет показаны внизу как «расстояние по оси X» и «расстояние по оси Y». В Флажок «Live» устанавливает, собирает ли BeamDelta текущий данные с каждой камеры. Нажатие «Обновить ссылку» устанавливает расположение опорного центроида должно быть таким же, как и расположение текущего центроида.

Программа реализована на языке программирования Python и использует набор инструментов виджетов Qt для создания простого графического пользовательского интерфейса (GUI), пакет Python Microscope для управления камерами и SciPy и scikit-image для измерения центра лазерного луча.

Для каждой камеры BeamDelta имеет AlignmentControl пример. Этот класс представляет текущее выравнивание лазерный луч на соответствующей камере. В графическом интерфейсе каждый AlignmentControl имеет соответствующее визуальное и текстовое представление.Визуальный вид показывает текущее изображение камеры с двумя отметками, текущий центр лазерного луча и исходное положение. Текстовое представление показывает расстояние между текущим и опорным положением в пикселей.

Центральные положения измеряются путем вычисления центра масса или взвешенный центроид области изображения лазерного луча. Область изображения лазерного луча отделена от фона с использованием порогового алгоритма Оцу [11].

Когда камера получает новое изображение, AlignmentControl Экземпляр вычисляет центр положение лазерного луча и его смещение от эталона позиция.При изменении выравнивания визуальные и текстовые представления обновить их отображение.

Эксплуатация

Настройка

Программное обеспечение BeamDelta доступно в указателе пакетов Python (PyPI). pip — это установщик пакетов, рекомендуемый Python, и автоматически обрабатывает зависимости BeamDelta. Поэтому самый простой способ для установки BeamDelta:

  pip install BeamDelta  

BeamDelta подключается к серверам устройств Python Microscope, по одному для каждого камера.Инструкции о том, как это сделать, относятся к камеры, которые используются и являются частью микроскопа Python документация. Короче говоря, Микроскоп Python , сервер устройств программа создаст сервер устройства для каждой камеры и отобразит соответствующий URI в формате:

  PYRO: [имя_устройства микроскопа] @ [ip_address]: [порт]  

После запуска одного, двух или более серверов камер и определения их URI Программу BeamDelta можно запустить с:

  BeamDelta CAMERA1-URI [CAMERA2-URI [...]]  

BeamDelta начинает захват прямых изображений с камер. В исходное положение, то есть положение, в котором лазерный луч направляется выровнен по, отображается в виде красного креста и начинается в центре дисплей камеры. Текущий центр луча отображается зеленым Пересекать. Снимок этого пользовательского интерфейса показан на рисунке 3.

На этом этапе необходимо добавить оборудование BeamDelta к пути и примерно выровнен так, чтобы изображение луча попадало на датчики. Точная конфигурация оборудования BeamDelta зависит от использования назначение и подробно описано в разделе «Оборудование».

Хотя оборудование BeamDelta не требует точной настройки, оно полезно иметь исходное положение в центре камеры просмотров по двум причинам. Во-первых, поскольку выравниваемый луч начинает со смещением от референтной позиции, если референтная позиция находится рядом с краями камеры, то выравниваемый луч больше вероятно, начнется за пределами поля зрения камеры. Во-вторых, вычисление центр луча зависит от измерения всего пятна луча, поэтому, если балка ближе к краю, ее части могут быть обрезаны.Мы вообще рассмотрим эталонный центроид, рассчитанный в пределах 30% центральной части дисплея камеры должно быть достаточно для наиболее практичных выравнивания, но это зависит от приложения, так как большие пятна по сравнению с размером сенсора камеры начнет обрезаться по край с небольшими отклонениями от центра датчика.

После установки оборудования BeamDelta положение опорного луча необходимо обновить, нажав кнопку «Обновить ссылку».

[4] Вариант использования выравнивания линзы: выровненный путь луча заканчивается в BeamDelta измеряется положение центра тяжести луча. помечен как ссылка.Затем на путь луча добавляется линза и выровнен по эталону, чтобы гарантировать, что положение луча после добавленная линза такая же, как и позиция до того, как линза была добавлен. Вверху: выровненная траектория луча перед добавлением линзы Внизу: путь луча после добавления линзы.

[5] Вариант использования лазерного совмещения: выровненный путь луча заканчивается в BeamDelta, и положение луча центроид отмечен как эталон. Первый лазер выключается, и второй лазер включился.Разница в положении измеряется и второй лазер выравнивается по положению и углу первый. Вверху: Начальный выровненный путь луча. Нижний: Второй путь луча после совмещения.

Сценарий использования 1: выравнивание линз

В первом случае в луч вводится линза. путь, который уже был выровнен до удовлетворительного степень. Обычно объектив устанавливается в держателе объектива с XY-позиционные манипуляторы. BeamDelta размещается на пути луча перед добавлением линзы и исходное положение без линзы записывается нажатием кнопки «Обновить ссылку».Затем вводят линзу и примерно так, чтобы луч проходил вблизи центр линзы и линза примерно перпендикулярна путь луча. BeamDelta будет измерять отклонение тока, вносимое на траекторию луча линза. Затем следует отрегулировать положение объектива по оси XY. пока положение текущего центроида не совпадет с положение опорного центроида. Обратное отражение затем проверил, не перекрывается ли он с входным лучом. Этот регулируется поворотом объектива.Шаги выравнивания затем повторяется до тех пор, пока смещение не станет достаточно маленьким (это очевидно, зависит от приложения, но мы обычно используем порог <1 пикселя в BeamDelta), и обратное отражение перекрывается падающий луч. На рисунке 4 показан BeamDelta в используйте юстировку линзы в сделанной на заказ системе микроскопа. Это использование в этом случае можно использовать как одиночную камеру, так и двойную камеру. Конфигурации камеры, поскольку объектив изменяет только положение луча.

Пример использования 2: Совместное лазерное выравнивание

Во втором варианте использования один или несколько лазеров выравниваются по существующий путь луча.В этом случае дополнительная балка должна иметь механизм, с помощью которого можно регулировать его угол и положение. Обычно это достигается за счет отражения нового луча от двух зеркал перед направляется на присоединение к существующей траектории луча. Один из них зеркала могут быть дихроичными, используемыми для объединения лучей, и это настройка, которую мы используем. BeamDelta размещается в любой подходящей точке существующий путь луча и исходное положение, рассчитанное из текущее положение луча на обеих камерах, генерируя ссылку дорожка.Затем существующий лазер отключается, и новый лазер включенный. BeamDelta измерит несоосность между новыми путь луча и существующий путь луча как разница между текущее и опорное положение центроида. Зеркало ближе к лазер используется для регулировки положения текущего центра тяжести на нижний дисплей камеры таким образом, чтобы он перекрывал эталонный позиция. Зеркало, расположенное дальше от лазера, используется для регулировки положение текущего центроида на верхнем дисплее камеры в Подобный способ.Это приведет к тому, что нижняя камера расположится центроид снова отклониться, хотя он должен быть степень. Путем итеративной коррекции для каждой камеры с помощью соответствующее зеркало, в конечном итоге положение обоих будет совмещены с исходными позициями. На данный момент новая балка путь будет совмещен с существующей балкой дорожка. На рисунке 5 показано использование BeamDelta. совмещение лазера 488 нм с предварительно настроенным лазером 561 нм в специальной системе микроскопа. Поскольку этот вариант использования требует выравнивания положения и угла наклона нового лазера, двойная камера конфигурация необходима.

Требования

Аппаратные требования BeamDelta довольно скромные и гибкий. Необязательно, чтобы две камеры использовались в настройте одинаковый размер пикселя или размер сенсора. Мы рекомендуем, в соответствующих конфигурациях верхняя и нижняя камеры должны имеют достаточно разные длины пути, так как это определяет чувствительность к угловому расхождению лучей. Обычно мы используем разность хода более 150 мм. Более короткие различия пути уменьшит угловую чувствительность.Основное требование к оборудованию для BeamDelta заключается в том, что он вписывается в оптическую систему. Если двойная камера конфигурация установлена ​​параллельно оптической оси, пространство требуется для обеих рук, может оказаться проблематичным. Если оборудование устанавливается перпендикулярно оптической оси под углом 45 ° плоское зеркало, как показано на рисунке 1, затем должно быть место только для вышеупомянутого плоского зеркала. гораздо проще опустить BeamDelta в различных точках пути луча для выравнивание.

Программа BeamDelta использует пакет Python Microscope для взаимодействия к камерам и поэтому ограничивается камерами, поддерживаемыми Микроскоп.Микроскоп находится в стадии активной разработки, поэтому ознакомьтесь с его документация со списком поддерживаемых камер. В настоящее время поддерживаемые камеры: Ximea, Andor (SDK2 и SDK3) и Фотометрия / Roper / Qimaging камеры с использованием pvcam.

С точки зрения программного обеспечения программа BeamDelta вычислительно нетребовательна и будет работать практически на любом компьютере. Это написано в язык программирования Python и требует пакетов Python Microscope, NumPy, PyQt5, SciPy и scikit-image, все из которых бесплатное программное обеспечение с открытым исходным кодом.Мы протестировали BeamDelta в Операционные системы GNU / Linux, MacOS и Windows.

Помимо требований программы BeamDelta, на выбор камера может добавлять особые требования. Например, камеры Ximea требуется интерфейс прикладного программирования XIMEA, который не является бесплатным программное обеспечение и доступно для выбранных GNU / Linux, MacOS и Windows версии. Другой пример — камеры, которые общаются через камеру. Link, для чего требуется карта PCI / PCIe, что означает, что компьютеру потребуется Слот PCI / PCIe.Обратитесь к Python Microscope (https://www.python-microscope.org/) и поставщик камеры документация по конкретным требованиям к каждой камере.

Обсуждение

BeamDelta — это инструмент, помогающий выравнивать оптические системы. Это показывает разницу между текущим ходом луча и эталонным дорожка. Таким образом, его можно использовать для юстировки оптических компонентов с помощью возвращение траектории луча в исходное положение после введения оптический компонент или для выравнивания одного луча относительно другого.это важно отметить, что BeamDelta обеспечивает относительное выравнивание информация, и ее использование зависит от начала со ссылкой положение для относительного выравнивания.

Как упоминалось ранее, значительная сила BeamDelta в качестве инструмента выравнивания не требует особенно строгое выравнивание, чтобы быть полезным. Однако стоит отмечая, что положение контрольной точки важный. Если это значительно не по центру в любом конкретное направление в одной или обеих камерах, количество бокового или углового прогиба, которые можно измерить вдоль в этом направлении до того, как часть луча упадет с камеры сенсор будет меньше.

Как упоминалось ранее, точность локализации BeamDelta предлагает значительное улучшение по сравнению с предыдущими методами выравнивание, с человеческим глазом, имеющим точность \ (\ приблизительно \) 10 мкм при разумных предположениях. Мы оцениваем что реалистичный вариант использования позволит \ (\ приблизительно \) 55 нм бокового разрешение и аналогичные улучшения углового разрешения. Это также предлагает точный вызов как предыдущего местоположения луча, так и разница между текущим и предыдущим местоположениями луча. В точность локализации как минимум на порядок лучше, чем возможно только на глаз, после минимального порога соотношение сигнал / шум превышено.2) \). Все варианты использования, предусмотренные для BeamDelta, включают в себя лазеры с прямым запуском в камеры и основные источники шума будет окружающее освещение комнаты и шум чтения. Поэтому это крайне маловероятно, что пользователь когда-либо увидит низкий SNR домен и поэтому никаких других параметров порога, таких как ручной пороговые значения.

Программное обеспечение BeamDelta доступно в виде пакета Python в рамках бесплатного и открытого исходная лицензия. Мы предполагаем, что он установлен с помощью диспетчера пакетов Python pip , так как это установит необходимый Python зависимости.Кроме того, определенные драйверы оборудования камеры могут быть обязательным. После установки камеры необходимо настроить. в Microscope и их адреса, отмеченные для добавления к Командная строка BeamDelta.

Будущие улучшения включают автоматическое обнаружение камеры, и звуковая обратная связь с нарастающим тоном, указывающим улучшение выравнивания.

BeamDelta — мощный инструмент для помощи тем, кто работает с индивидуальными оптические пути, например микроскопы. Он предлагает значительно больше точность и повторяемость по сравнению с установленной техникой визуального наблюдение лучей на отверстиях или диафрагмах.Кроме того, это устраняет влияние ошибок параллакса при выравнивании, поскольку измерения выравнивания производятся по оптическому пути. С использованием BeamDelta также предлагает значительные улучшения в плане безопасности, как и точность юстировка может выполняться без использования портативных средств просмотра или снятие защитных очков. В целом BeamDelta предлагает значительные улучшения по сравнению с традиционными методами выравнивания.

Доступность программного обеспечения

1. Репозиторий кода BeamDelta: https: // github.ru / MicronOxford / BeamDelta

2. Лицензия на программное обеспечение: Стандартная общественная лицензия GNU версии 3 или любая более поздняя версия (https://www.gnu.org/licenses/gpl-3.0.en.html)

Конкурирующие интересы

Конкурирующие интересы не разглашаются.

Информация о гранте

Это исследование финансировалось фондом Wellcome Trust Strategic Award 107457, ИП проф. Илан Дэвис. Николас Холл поддерживается за счет средств Совет по исследованиям в области инженерных и физических наук (EPSRC) и медицинский Исследовательский совет (MRC) [номер гранта EP / L016052 / 1].

Благодарности

Мы бы хотел бы поблагодарить Micron Oxford, Martin Booth, Mick Philips, Mantas Urauskas и Jingyu Wang за полезные комментарии и предложения. во время разработки BeamDelta.

Библиография

[1] Chen, B.-C. и др. , «Решеточная световая микроскопия: визуализация молекул эмбрионов с высоким пространственно-временным разрешением», Science 346, 1257998 (2014) 10.1126 / science.1257998
[2] Хуанг Ф. и др. , «Сверхвысокое разрешение {3D} изображения целых клеток », Cell 166, 1028-1040 (2016) 10.1016 / j.cell.2016.06.016
[3] Винтер, PW и др. , «Двухфотонная микроскопия с мгновенным структурированным освещением улучшает проникновение в глубину изображения сверхвысокого разрешения в толстых рассеивающих образцах», Optica 1, 181-191 (2014) 10.1364 / OPTICA.1.000181
[4] Зураускас, М. и др. , «IsoSense: бессенсорная адаптивная оптика с повышением частоты за счет структурированного освещения», Optica 6, 370-379 (2019) 10.1364 / OPTICA.6.000370
[ 5] Turcotte R. et al , «Динамическое структурированное освещение со сверхвысоким разрешением в живом мозге», PNAS, 9586-9591 (2019) 10.1073 / pnas.1819965116
[6] Бенджамин Т. и др. , «Повышенное разрешение через толстую ткань со структурированным освещением и адаптивной оптикой», Журнал биомедицинской оптики 20 (2015) 10.1117 / 1.JBO.20.2.026006
[ 7] Огл, К.Н., «О разрешающей способности человеческого глаза», JOSA 41, 517-520 (1951) 10.1364 / JOSA.41.000517
[8] Марданбеги, Д. и Хансен, Д.У., «Ошибка параллакса в монокуляре. налобные айтрекеры », ACM, 689-694 (2012) 10.1145 / 2370216.2370366
[9] Sliney, D.H, «Лазерная безопасность», Лазеры в хирургии и медицине 16, 215-225 (1995) 10.1002 / lsm.1

0303
[10] Обер, Р. Дж. Рам С., и Уорд, ES, «Точность локализации в микроскопии одиночных молекул» , Biophysical Journal 86, 1185-1200 (2004) 10.1016 / S0006-3495 (04) 74193-4
[11] Оцу, Н., «Метод выбора порога из гистограмм серого уровня», IEEE Transactions on Systems, Man, и кибернетика 9, 62-66 (1979) 10.1109 / TSMC.1979.4310076

Вернуться к документам

Низкая стоимость, высокая производительность, самоустанавливающиеся миниатюрные оптические системы

Appl Opt.Авторская рукопись; доступно в PMC 2009 27 августа.

Опубликован в окончательной отредактированной форме как:

PMCID: PMC2732908

NIHMSID: NIHMS133185

Роберт Т. Кестер

¹ Департамент биоинженерии, Университет Райс, 6 Хьюстон, Техас 77005, США

Тодд Кристенсон

² HT Micro, 3817 Academy Parkway South, NE, Альбукерке, Нью-Мексико 87109, США

Ребекка Ричардс Кортум

¹ Департамент биоинженерии, Университет Райса, 6 Main Street, Хьюстон, Техас 77005, США

Tomasz S.Ткачик

¹ Департамент биоинженерии, Университет Райса, 6100 Мэйн Стрит, Хьюстон, Техас 77005, США

¹ Департамент биоинженерии, Университет Райса, 6100 Мэйн Стрит, Хьюстон, Техас 77005, США

² HT Micro, 3817 Academy Parkway South, NE, Альбукерке, Нью-Мексико 87109, США

Окончательная отредактированная версия этой статьи издателем доступна в Appl OptSee другие статьи в PMC, в которых цитируется опубликованная статья.

Abstract

Самыми дорогостоящими аспектами при производстве высококачественных миниатюрных оптических систем являются стоимость компонентов и длительный процесс сборки.Новый подход к изготовлению этих систем, который уменьшает оба аспекта за счет реализации самовыравнивающейся LIGA (немецкое сокращение от lithographie, galvanoformung, abformung или рентгеновской литографии, гальваники и формования) оптомеханики с большим объемом пластика, литого под давлением и не подлежащего литью. представлена ​​полочная стеклянная оптика. Эта стратегия нулевого выравнивания была включена в миниатюрный объектив микроскопа с высокой числовой апертурой (NA = 1.0W) для волоконного конфокального отражательного микроскопа.Для всех компонентов, находящихся внутри небольшой подкожной трубки диаметром 9 калибра, соблюдаются жесткие допуски совмещения менее 10 90 369 мкм. Прототип системы был протестирован с использованием метода передаточной функции модуляции наклонного фронта и продемонстрировал, что он имеет коэффициент Штреля 0,71. Эта универсальная технология в настоящее время разрабатывается для небольших систем визуализации с иглой и других портативных диагностических инструментов.

1. Введение

Текущие достижения в области оптической диагностики и биомедицинской визуализации способствовали появлению множества приложений, требующих миниатюрных, высокопроизводительных оптических систем визуализации.Эти приложения включают совместимые с эндоскопами микроскопы in vivo , такие как конфокальные отражательные и флуоресцентные [1–3], структурированное освещение [4], а также много- и двухфотонные [5–7] системы. Также растет интерес к применению миниатюрной оптики для портативных диагностических устройств [8] и оптических биопсийных систем размером с иглу [9]. Необходимость миниатюризации этих высокопроизводительных систем обошлась дорогой ценой. Устройства исследовательского класса и другие устройства небольшого объема часто стоят в диапазоне от 8000 до 25000 долларов США за единицу, и они по-прежнему являются относительно дорогими деталями в больших объемах, часто составляющими значительную часть стоимости всей системы.Причина таких расходов двоякая. Во-первых, оптические и оптомеханические компоненты должны быть очень точными для достижения характеристик визуализации с ограничением дифракции. Во-вторых, оптические компоненты должны быть собраны и выровнены с соблюдением жестких допусков, что часто требует высококвалифицированного персонала и оборудования для точной центровки, чтобы обеспечить постоянную обратную связь на протяжении всего процесса. Даже при увеличении объемов компонентов стоимость этих устройств остается относительно высокой из-за трудоемкого процесса сборки.Решением этой проблемы является создание самоцентрирующихся оптических компонентов, в которых не требуется дополнительных настроек или юстировки. Мы предлагаем такую ​​конструкцию с нулевым выравниванием, которая включает прецизионную самоустанавливающуюся оптомеханику, изготовленную с использованием технологии LIGA (немецкое сокращение от lithographie, galvanoformung, abformung, или рентгеновской литографии, гальваники и формования) с линзами большого объема, литыми под давлением из пластика, и вне- стеклянные линзы на полке. Такой подход упрощает сборку, учитывает компоненты с более низким допуском и устраняет необходимость в дополнительных регулировках.

2. Оптическая конструкция

В качестве доказательства концепции был разработан новый самоустанавливающийся миниатюрный объектив микроскопа для использования с волоконным конфокальным отражающим микроскопом (FCRM), который уже разрабатывается в нашей лаборатории. Это устройство было выбрано по нескольким причинам. Во-первых, основное применение FCRM, in vivo для визуализации тканей, требует высокой числовой апертурной числовой апертурной численности из-за низкого отраженного сигнала (около 0,034% падающего на ткань света) и необходимости увеличения количества образцов волокон в пучке волокон микроскопа. .Следовательно, по мере увеличения числовой апертуры объектива оптические и оптомеханические допуски становятся более жесткими, что предъявляет более строгие требования к конструкции с самовыравниванием. Если этот подход работает для этих систем с высоким NA, он должен также работать и для систем с более низким NA. Во-вторых, поскольку объектив входит в контакт с пациентом, более желательно, чтобы этот компонент был одноразовым, что требует рентабельной конструкции, которая не жертвует оптическими характеристиками. Сводка всех требований к конструкции миниатюрного объектива микроскопа приведена в.

Таблица 1

Объектив миниатюрного микроскопа Требования к оптике верхнего уровня

1,0 ( n вода)

Оптические требования	Требование
NA на объекте / ткани
NA на изображении / волокне	0,35
Рабочее расстояние	≥450 μ м
Поле зрения (диаметр)	250 μ м
	Объект / пространство изображения
Провисание плоскости объекта	≤5 мкм м (размер 1 ячейки)
Длина волны	808 нм
Внешний диаметр (OD)	≤4 мм (новый)
Среднеквадратичное искажение волнового фронта	≤0: 07 λ

Окончательная оптическая конструкция миниатюры Объектив показан вместе с рецептом линзы в.Конструкция была оптимизирована и оценена с помощью программного обеспечения для проектирования линз ZEMAX [10] для достижения характеристик, ограниченных дифракцией. Эта конструкция экономична и состоит всего из трех линз, стандартной стеклянной линзы (Edmund Optics M43-396) и двух линз, изготовленных методом литья под давлением. Стратегия проектирования заключалась в том, чтобы стандартные стеклянные линзы обеспечивали большую часть оптической силы в системе, в то время как специальные асферические пластиковые линзы использовались для коррекции оптических аберраций. Этот подход недорогой, а также помогает в миниатюризации объектива, поскольку световые лучи от объекта (ткани) сужаются на ранней стадии в системе и не могут расширяться дальше наружу по мере их распространения на изображение (оптоволоконный пучок).Следует отметить, что, в отличие от обычных объективов микроскопов, этот объектив имеет изогнутую поверхность для облегчения коррекции аберраций. Это допустимо, так как объектив будет использоваться с волоконным конфокальным отражающим микроскопом, который позволяет делать срезы тканей. Хотя плоскость объекта изогнута, плоскость изображения должна оставаться плоской для оптимального соединения с пучком волокон. Объектив также корректируется для покровного стекла с просветляющим покрытием, которое будет прикреплено к оптоволоконному жгуту в плоскости изображения.Основная цель покровного стекла — удалить нежелательные обратные отражения системы без снижения эффективности сцепления с наклонной полированной поверхности. В этой статье мы в первую очередь концентрируемся на разработке общего подхода к сборке класса оптических систем с высокой числовой апертурой и их ожидаемой производительности. Поэтому объектив тестируется без пучка волокон, что ограничивает разрешающую способность системы (разрешение FCRM ограничено пучком волокон).

Оптическая схема миниатюрного объектива микроскопа.

Таблица 2

Назначение линз для оптической конструкции миниатюрных объективов

JJ 9046

Поверхность	Комментарий	Радиус	Толщина	Стекло	CA
CA
1.494	0,459	МОРСКАЯ ВОДА	0,25
1	1-я ЛИНЗА	Infinity	0,800	LASFN9	1.37
2		−1,280	0,354		1,96
3 a	2-ой ЛИНЗ	3,632					9047 a		−1,491	3,443		2,80
5 a	3-я ЛИНЗА	2,019	2,50	E484R80
6		Бесконечность	0,967		1,68
7	COVERSLIP	0,15	BK7 0,84 9047 9047 9047 9047 9047 9047 9047 9047 9047			0,71
Поверхность	Конический	4-й	6-й	8-й		30.1012	−1244,083
3		−0,0400	0,01136	−1,590E-3
9047	1.092E-3
5	−0,15485		−4.137E-3	5.818E-4

Показатели производительности показаны на рисунке.содержит график функции передачи модуляции (ФПМ) для системы (сторона изображения) в трех положениях поля: на оси (поле 0), 100 мкм м (поле 0,707) и 125 мкм м (полное поле) . включает графики кривизны поля и искажения. Кривизна поля хорошо корректируется как для сагиттальной, так и для тангенциальной плоскостей в плоскости изображения. Максимальное искажение в системе составляет 1%, что приемлемо для большинства пользователей и при необходимости может быть скорректировано программно. отображает геометрические точечные диаграммы для оси 0.707 точек поля и полного поля изображения. Пятна находятся внутри ограничивающего диска Эйри (черный кружок), что указывает на ограничение дифракции.

Оптические характеристики миниатюрного объектива NA = 1.0 (водная иммерсия). (а) Передаточная функция модуляции для трех положений поля: на оси, поле 0,707 и полное поле. (б) Кривизна поля для сагиттальной и тангенциальной плоскостей. (c) Точечные диаграммы для тех же трех положений поля в MTF с дифракционно ограниченным диском Эйри.

Был проведен тщательный анализ допускаемой чувствительности конструкции, чтобы преобразовать требования к оптическим характеристикам в требования к оптико-механической конструкции.Используемая метрика оптических характеристик заключалась в том, что среднеквадратичная ошибка волнового фронта (RMS WFE) должна быть ≤0,07 λ . Это метрическое требование является общепринятым критерием, используемым для систем с ограничением дифракции [11]. Индивидуальные оптомеханические допуски были сложены с использованием метода суммы корней из квадратов (RSS) для оценки общей ошибки системного уровня. Распределение допусков с соответствующими значениями чувствительности показано на.

Таблица 3

Оптомеханические допуски и анализ чувствительности допусков

9047 0,10 9047 3 9047 3 9047 3 9047008 9047 904.

Параметр	Ном. (мм)	Тол. (мм)	среднеквадратичное значение WFE ( λ )	Датчик ( λ / мм)
Линза 1
S2	1,28
Толстый	0,8	0,050	0,044	0,88
Пространство (L1 – L2)	0,354	0,020	0,020	1.00
Линза 2
S1	3,632	0,020	0,004	0,20
S2	1,491	0,010	1,5	0,020	0,018	0,90
Наклон (элем.)	0	0,010	0,017	1,67 (2)
		0,037	4,67 (1)
Пространство (L2 – L3)	3,443	0,020	0,012	0,62
Объектив 3					0,010	1,00
Толстый	2,5	0,020	0,005	0,24
Наклон (элемент)	0	0,010	22
Dec (elem)	0	0,010	0,005	0,50
Пространство (L3-ima)	0,967	0,020	0,013	0,020	0,013	0,013			0,070

Общее ожидаемое среднеквадратичное значение WFE системы составляет 0,070 λ , что соответствует спецификации. В соответствии с конструкцией линза 1 фиксируется на месте, а все остальные ошибки связаны с ее положением.Кроме того, ошибки изготовления компонентов, такие как децентрация и наклон поверхности, присутствующие в пластиковых линзах (линзы 2 и 3), не учитываются, поскольку они компенсируются оптомеханикой и преобразуются в децентрацию и наклон элемента. В принципе, эта компенсация осуществляется во время сборки объектива. Механические крепления () входят в зацепление со сферическими или слегка асферическими поверхностями с обеих сторон объектива. При приложении осевой силы поверхности линз скользят по круглому краю механического крепления до полной фиксации.Таким образом центральная ось механического крепления и оптическая ось линзы совпадают друг с другом. Таким образом, основные погрешности допуска системы можно свести к следующим параметрам: положению элемента, радиусу поверхности и толщине элемента. Оптико-механическая конструкция направлена ​​на минимизацию этих ошибок, чтобы получить характеристики, ограниченные дифракцией.

Чертеж концепции самовыравнивания применительно к этому миниатюрному объективу. (а) Изометрический вид критических компонентов объектива с подавленной оправой объектива.(b) Частичный изометрический вид с обозначенными компонентами линзы. (c) Разрезанный вид сбоку объектива с фактическими световыми лучами, преломляющимися через систему из точки поля на оси. (d) Вид спереди, показывающий шесть самоцентрирующихся изгибов на периферии оптомеханики LIGA.

3. Оптомеханическое проектирование

Основной технологией изготовления, используемой в оптомеханике, является LIGA, которая представляет собой набор процессов, основанный на литографии, позволяющий производить очень точные, миниатюрные и недорогие механические устройства и компоненты [12].Компоненты, изготовленные LIGA, представляют собой превосходную технологию для оптомеханики, поскольку они имеют точные допуски на размеры на уровне микрометров как для поперечных, так и для осевых размеров и могут надежно производиться серийно. Эта технология также позволяет создавать миниатюрные детали, недоступные при использовании традиционных технологий производства. Обратите внимание, однако, что компоненты LIGA ограничены только вертикально вытравленной геометрией. Самым большим недостатком использования этих компонентов для оптомеханики является то, что самые толстые слои обычно составляют всего 500 мкм м, в то время как большинство миниатюрных оптических систем имеют длину несколько миллиметров.Чтобы преодолеть это ограничение, мы ранее использовали технику «вертикального наложения», при которой последовательные слои накладываются друг на друга и удерживаются на месте с помощью двух калибровочных штифтов, которые проходят по длине корпуса объектива [13]. Однако этот подход предполагал использование многих слоев (27) и привел к долгому и утомительному процессу сборки, который нивелировал преимущество низкой стоимости компонентов. Предлагаемый здесь подход предполагает необходимость реализации как низкой стоимости компонентов, так и сокращения времени сборки без ущерба для качества изображения, и приводит к новой концепции оптико-механической конструкции с самовыравниванием.

Самоустанавливающаяся оптомеханическая конструкция показана на. Дизайн и изготовление были разработаны в сотрудничестве с HTmicro Inc., которая имеет большой опыт в разработке других миниатюрных оптомеханических компонентов в нашей лаборатории [4,13]. В этом подходе высокоточные механические слои LIGA используются для взаимодействия между миниатюрным тубусом линзы (подкожная трубка, Small Parts Inc., P / N: HTX-09X) и оптическими элементами линзы с подкожной трубкой меньшего размера (Small Parts Inc. , P / N: HTX-10X) используется как разделитель между линзами 2 и 3.Как обсуждалось ранее, слои обеспечивают равномерный круговой контакт края с поверхностями линз и помогают выровнять оптическую ось линзового элемента с механической осью слоя LIGA. Слои LIGA выравниваются по механической оси оправы линзы (подкожной трубки) за счет использования шести изгибов, встроенных в периферию детали. Эти изгибы компенсируют любые изменения внутреннего диаметра оправы объектива, сохраняя при этом выравнивание с механической осью тубуса.Изгибы были смоделированы () как простые кантилеверы, чтобы уравновесить внутреннее напряжение изгиба с силой, необходимой для выравнивания оптических компонентов. Модель предполагала, что трение было единственным препятствием движения линзы. Уравнение консольного напряжения и силы, используемое в конструкции, описано в

Диаграмма проектирования и анализа изгиба. Изгибы были смоделированы как простые консоли, чтобы уравновесить уравнения силы и напряжения.

F — сила сопротивления смещению изгиба, E — модуль Юнга, l, h и b — размерные параметры, а I определяется как I = 1/12 * bh ³ .Модуль Юнга E для материала изгиба (Ni Alloy) составляет 160 ГПа, а максимальное напряжение для этого материала составляет 1000–1050 МПа. Внутренний диаметр трубки для подкожных инъекций составляет 3,378–3,480 мм. Изгибы могут соответствовать этому внутреннему диаметру. вариация с гибким диапазоном 3,331–3,517 мм. Они также предназначены для постоянного контакта с I.D. трубки с изгибами, выходящими за внутренний диаметр НКТ минимум на 37 мкм м. Следовательно, когда гибкие элементы вставляются в трубку, происходит по меньшей мере 37 мкм м внутреннего смещения гибких элементов, давящих на трубку.Минимальная сила предварительного натяга из-за этого смещения соответствует 42 мН. Этой силы достаточно для центрирования линзы 1 (аналогично другим линзам), где требуется всего около 0,2 мН для преодоления сил трения, удерживающих линзы на месте. Сила трения от линзы 1 рассчитывается с использованием соотношения F _f = мкФ _n , где F _f — сила трения, μ — коэффициент трения (поверхность раздела никель-стекло составляет ∼0.5), а F _n — нормальная сила тяжести. Масса линзы, используемой для расчета нормальной силы, составляет 3,2 × 10 ⁻⁵ кг (оценено с помощью программного обеспечения для моделирования ZEMAX). Следует отметить, что к этим расчетам применяется большой коэффициент безопасности в 200 раз, чтобы учесть любые ошибки из-за упрощенной модели кантилевера, а также других неизвестных параметров. Наконец, когда изгибы подвергаются максимальному сжатию из-за внутреннего диаметра подкожной трубки 3.331 мм, внутреннее напряжение, возникающее при изгибе, достигает 300 МПа, что должно быть ниже установленного ранее максимального напряжения. Удовлетворяя условиям, наложенным в Ур. (1) и (2), мы можем точно настроить гибкие элементы, чтобы обеспечить достаточные возможности самовыравнивания при всех ожидаемых производственных допусках, сохраняя при этом их целостность.

Последний аспект, который обсуждается, — это процесс сборки целевых компонентов. Подход к сборке является последовательным по своей природе, начиная с компонентов стороны объекта и заканчивая компонентами стороны изображения, хотя порядок может быть изменен.Трубку устанавливают в приспособление, причем один конец прикреплен к плоской металлической поверхности, а другой конец открыт для вставки компонентов. Детали вручную вставляются в трубку, а затем вставляются на место с помощью точного калибровочного штифта (номер детали Deltronic: PPM25 3,4300 мм). Калибровочный штифт удерживается перпендикулярно и концентрично механической оси трубы с помощью набора инструментов для разбивки часов. Как только все компоненты окажутся внутри оправы объектива, концы приклеиваются на место с помощью УФ-отверждаемой эпоксидной смолы Norland 61, и объектив испытывается.Обратите внимание, что эта ручная процедура использовалась только для прототипирования, в то время как для серийной сборки предусмотрена автоматическая сборка.

4. Оценка компонентов

Критические компоненты самоцентрирующейся конструкции были охарактеризованы по размерам, чтобы лучше понять характеристики системы визуализации, а также помочь проверить экспериментальные результаты. В процессе создания прототипа и определения характеристик этих компонентов неожиданные проблемы потребовали внесения изменений в конструкцию, которые в конечном итоге привели к созданию более производительной системы.Например, некоторые из первых миниатюрных компонентов, изготовленных из LIGA, показанные рядом с никелем США для сравнения размеров, имели высокую отражательную способность, так как состояли из материала сплава Ni. Большое количество паразитного света, отражающегося от оптомеханики, попадает в плоскость изображения, тем самым уменьшая контраст изображения в ранних прототипах систем. Затем был разработан процесс окисления, чтобы затемнить эти компоненты, что улучшило контраст изображения в последующих системах-прототипах. Эти черные окисленные компоненты показаны на.

Фотографии прототипов оптико-механических компонентов, изготовленных ЛИГА: (а) неокисленные детали с сильным рассеянием; (б) черные окисленные части с низким рассеянием.

Анализ размеров компонентов LIGA был выполнен с использованием интерферометра белого света Zygo NewView 5200 (WLI) для подтверждения критических поперечных и осевых размеров. В исследовании оценивались два набора из пяти компонентов. Первый комплект был протестирован на предмет поперечных размеров, который включал измерения расстояния изгиба от внешнего кольца, ширины изгиба и центрирования внутреннего и внешнего кольца.Эти детали были измерены в шести точках, равномерно распределенных по окружности детали, всего было проведено 30 измерений. Второй набор компонентов измерялся только на толщину. Результаты этого исследования показаны в.

Таблица 4

Поперечные и осевые измерения критических характеристик LIGA оптомеханики, выполненные с помощью интерферометра белого света

903 размеры боковых частей находятся в пределах диапазона, необходимого для оптической конструкции, поскольку они находятся в пределах погрешности допуска 8–10 мкм м, заложенной в бюджет при анализе допуска (). Однако толщина слоев больше ожидаемой с погрешностью 16.9 мкм м. Хотя это превышает ожидаемый осевой допуск, система менее чувствительна к ошибкам осевого положения, о чем свидетельствует низкий диапазон чувствительности осевого допуска 0,62–1,00 λ / мм, в зависимости от оптического пространства. Отметим также, что эту ошибку легко исправить, притирка пластин LIGA до необходимой толщины. В наиболее чувствительной области (расстояние L1 – L2) эта дополнительная ошибка толщины будет около 13,8 мкм м при использовании метода суммы квадратов (RSS).Это эффективно увеличивает вклад WFE от этого допуска на ∼0,01 λ , а также повышает ожидаемый RMS WFE системного уровня до 0,08 λ , что немного выше критериев для характеристик, ограниченных дифракцией. В будущем мы ожидаем, что допуск по толщине этих слоев будет в пределах +/- 3 мкм м, поскольку процесс изготовления лучше оптимизирован для этой конструкции.

Во многом этот подход к проектированию основан на оправе линзы (подкожной трубке), обеспечивающей прямую механическую ось для выравнивания оптических компонентов.На самом деле эта трубка может иметь некоторую «волнистость». Чтобы количественно оценить волнистость этой трубки, мы использовали WLI для сбора профилей поверхности по всей длине пяти подкожных трубок, отрезанных до длины оправы нашей линзы, как показано на рис. Профили поверхности были взяты по внешнему диаметру трубы с предположением, что любая наблюдаемая волнистость будет аналогичной и внутри трубы. Данные также были отфильтрованы с использованием фильтра нижних частот с быстрым преобразованием Фурье (БПФ) для удаления элементов шероховатости поверхности меньше ширины нашего самого тонкого слоя LIGA (125 мкм м).Общая длина отсканированного изображения 10 мм представляет собой композицию из восьми сшитых изображений с 20-кратного объектива с полем обзора = 350 × 270 мкм м и поперечным разрешением = 1-2 мкм м. Результаты этого анализа показаны в. Среднее смещение от пика до впадины (P-V) от наиболее подходящего цилиндра для всех измерений составляло ∼4 мкм м. Эта волнистость подкожной трубки находится в пределах допустимого отклонения для цели с высокой числовой апертурой. Когда ошибки бокового допуска компонентов LIGA и волнистость НКТ складываются вместе с использованием метода RSS, прогнозируемая боковая ошибка равна 5.3 мкм м, что ниже 8–10 мкм м, необходимых для характеристик с ограничением дифракции.

Измерения волнистости цилиндра линзы (подкожной трубки), измеренные с помощью интерферометра белого света вокруг четырех участков трубки по всей длине. Ниже представлены фактические двухмерные профили поверхности, взятые из трубки 1.

Таблица 5

Результаты характеристики волнистости подкожной трубки, полученные с помощью интерферометра белого света ^a

Местоположение	Погрешность среднего размера ( μ м)	Стандартное отклонение ошибки ( μ) м)
Ширина изгиба	+1.5	0,7
Расстояние изгиба	−2,9	3,5
Центрирование от внутреннего к внешнему кольцу	1,1	0,2
Толщина

3,4 9047 были изучены взаимодействия между оптомеханикой и оптикой. В первом тесте изучалась способность к самоцентрированию слоев LIGA с использованием одного оптического компонента. Для этого теста использовались линза 1 и связанная с ней оптомеханика.Отрезали короткую подкожную трубку (длина = 3,5 мм), которая служила тубусом трубки линзы. Оптомеханические компоненты и линза были помещены внутрь трубки и прижаты к месту с помощью калибровочного штифта (Deltronic P / N: PPM25 3,4300 мм), который является частью крепления узла. Калибровочный штифт прижимает компоненты к предметному стеклу микроскопа, которое используется в качестве основы. Затем конструкция была протестирована с использованием WLI. WLI был сконфигурирован для работы в режиме «сшивания» для получения пяти полей зрения (четыре на слое LIGA и один в центре линзы 1) при отслеживании их относительных положений.Индивидуальные размеры поля зрения составляют 0,36 × 0,27 мм с разрешением по горизонтали 0,56 мкм м. Схема испытательной установки показана вверху. представляет необработанную трехмерную (3D) карту вершины линзы, показанную красным цветом, что указывает на то, что это самая высокая поверхность (+173,55 мкм м), а слой LIGA под этой поверхностью, показанный синим цветом, является самая низкая поверхность (−131,26 мкм м). Затем был получен двумерный (2D) график () из трехмерной карты для осей x и y , чтобы найти центр слоя LIGA.Затем поверхность линзы соответствовала стандартному уравнению сферической поверхности:

Испытательная установка для децентрализации и первоначальные результаты. (а) 3D-карта объектива 1 и его томография слоя LIGA, полученная WLI. (b) x — поперечное сечение по оси через линзу и слой LIGA. (c) Результаты аппроксимации кривой для поперечного сечения вершины линзы по оси x , используемого для определения центра линзы.

( x — h ) ² + ( y — k ) ² = r ² ,

(3)

, где h — это центр поверхность по оси x , k — центр поверхности по оси y , а r — радиус поверхности, чтобы найти центр линзы.Для этого измерения центр линзы по оси x совпадает с центром оси LIGA x с точностью 0,2 мкм м. Испытание было повторено три раза с использованием одной и той же линзы, но с разными самоцентрирующимися слоями LIGA, и было обнаружено, что средняя децентрация составляет 7,2 +/- 2,8 мкм м. Этот первоначальный результат обнадеживает, поскольку он находится в диапазоне допусков, требуемых для данной конструкции; однако для определения надежности этого метода все еще требуется больше статистических данных.

Наклон элементов для этой концепции проекта также был исследован с использованием подхода, аналогичного анализу децентрализации. Модель, используемая для этого теста, показана вверху и состоит из двух линз 3 элементов и пяти слоев LIGA (три слоя между двумя линзами и один слой на обоих концах корпуса). Для размещения всех компонентов используется трубка для подкожных инъекций, отрезанная до 6,5 мм. Компоненты были последовательно вставлены в трубку и закреплены на месте с помощью калибровочного штифта.После сборки модель была протестирована с помощью WLI. Сначала был измерен наклон предметного стекла микроскопа [см.] И отрегулирован до тех пор, пока он не будет достаточно удален (<0,05 мкм м с полем обзора 3,52 × 2,74 мм) от основания объектива. Затем WLI перемещали на верхнюю часть объектива и измеряли наклон плоской поверхности линзы 3 [см.]. Наклоны x и y были измерены как -1,71 мрад и -2,20 мрад, соответственно. Общая величина наклона была рассчитана равной 2.8 мрад, что для светлой апертуры (CA) 2,8 мм соответствует 7,84 мкм м. Этот результат демонстрирует, что наклон элемента находится в пределах требуемых допусков. Однако из-за ограниченной доступности деталей мы не смогли изучить влияние изменений в процедуре сборки, компонентах и ​​пользователях, которые все еще необходимо изучить в будущем, чтобы получить более полное представление об ограничениях конструкции и точность.

Схема и результаты испытания элемента на наклон.(1A) изображение в оттенках серого и (1B) результаты томографии WLI, полученные из области 1 (предметное стекло микроскопа). (2A) изображение в градациях серого и (2B) результаты томографии WLI, полученные из области 2 (верхняя часть линзы 3), используемые для поиска компонентов системы наклона.

5. Результаты оптических характеристик

Для целей прототипирования пластиковые линзы, полученные литьем под давлением, были изготовлены Syntec Optic Inc. на токарном станке для алмазного точения с соблюдением требуемых допусков. Среднеквадратичные значения шероховатости поверхности для этих линз были немного выше, чем мы ожидали от пресс-формы, и были измерены и составляли в среднем 10 нм в области 350 × 270 мкм м.Измерения проводились с помощью WLI. С этими объективами были собраны и испытаны первые прототипы систем. Обратите внимание, что отлитые под давлением компоненты для объективов микроскопа с NA = 1.0 ранее были успешно представлены как выполнимые [14,15]. показаны две изготовленные системы, одна без и другая с черным оксидным покрытием.

Собранные прототипы миниатюрных объективов (окисленные и неокисленные) за пенни США для сравнения размеров.

Оптические характеристики черного оксидированного объектива были дополнительно оценены с использованием метода MTF со скошенной кромкой [16], а также визуализации мишени с разрешением 1951 г. USAF.Испытательная установка для этих измерений показана на. ИК-светодиод ( λp, = 800 нм) и голографический рассеиватель используются для обеспечения равномерного некогерентного освещения цели. Чтобы упростить систему освещения для целей тестирования, объектив тестировался в обратном порядке, когда цель отображалась от изображения к пространству объекта. Затем это изображение передается с помощью иммерсионного объектива ZEISS Achroplan 63 × NA = 0,95 и тубуса на камеру CCD. Следует отметить, что объектив был протестирован с числовой апертурой немного меньшей, чем предполагалось (NA = 1.0). Наименьшие вертикальные и горизонтальные полосы на целевом разрешении (группа 7, элемент 6), соответствующие 256 парам линий на миллиметр, разрешаются этой системой, как показано на. Однако, чтобы лучше количественно оценить характеристики изображения миниатюрного объектива, угол одной из этих полосок отображается системой [] и обрабатывается с использованием ранее упомянутой техники наклонной кромки, чтобы получить оценку кривой MTF как для вертикального, так и для горизонтального положения. направлений, а также средняя кривая MTF для обоих направлений, как показано на.Полезный однозначный показатель для сравнения характеристик оптического изображения известен как коэффициент Штреля (SR). Это отношение площади под измеренной кривой MTF (красный) к площади под идеальной кривой MTF (черный), где 1 — лучшее, а 0 — худшее. Для этой системы коэффициент Штреля составляет 0,71, что является весьма многообещающим результатом, поскольку дифракционно ограниченные характеристики сохраняются для SR ≥ 0,8. Улучшение качества изображения ожидается при более строгом контроле толщины оптомеханического слоя и литье пластиковых элементов линзы под давлением (меньшая шероховатость поверхности линзы).Влияние изогнутой плоскости объекта на общую производительность системы также могло способствовать ухудшению качества изображения; однако в настоящее время трудно дать количественную оценку.

Испытательная установка MTF для оценки качества изображения прототипа объективов.

Результаты визуализации для прототипа объектива. (a) Цель может разрешить полосу элемента 6 целевой группы 7 разрешения ВВС США (256 пар линий / мм). (b) Изображение угла на целевом разрешении используется для расчета MTF на основе метода наклонной кромки.(c) Объективные кривые MTF для горизонтальных и вертикальных краев (штриховые и пунктирные кривые) показаны с идеальной кривой MTF (сплошной черный). Среднее значение для горизонтального и вертикального края показано темно-серым цветом. У цели средний SR 0,71.

6. Выводы

Концепция дизайна для создания недорогих миниатюрных оптических систем с использованием самонастраивающейся оптомеханики LIGA была успешно доказана путем ее реализации в миниатюрной конструкции объектива с высокой числовой апертурой для волоконного конфокального отражательного микроскопа.Опытный образец объектива был успешно собран без внешней обратной связи по точному выравниванию. Оптические характеристики объектива были протестированы на коэффициент Штреля SR = 0,71. Ориентировочная стоимость этой цели в ограниченных количествах находится в диапазоне от 50 до 200 долларов и может быть дополнительно снижена для крупносерийного производства. Для сравнения: стандартный объектив микроскопа с аналогичным полем обзора и числовой апертурой будет стоить от 1000 до 4000 долларов. Индивидуальные миниатюрные объективы, основанные на более традиционных технологиях изготовления, в некоторых случаях могут стоить более 25 тыс. Штук.Эта технология может значительно снизить стоимость миниатюрных оптических систем, увеличивая их использование в промышленных и академических приложениях.

Благодарности

Это исследование было поддержано Национальным институтом рака (NCI) в рамках грантов RO1 CA 124319 под названием «Интегрированный эндоскоп с двумя полями обзора для обнаружения предрака» и R01 CA103830 под названием «Оптические системы для молекулярной визуализации in vivo. рак.» Автор также хотел бы поблагодарить студентов Сайеда Саада Асана из Корнельского университета, Итака, Нью-Йорк, США, и Кейта Мишеля из Университета Райса, Хьюстон, Техас, США, за их помощь в сборке и тестировании объективов.

Ссылки

1. Лян С., Сунг К.Б., Ричардс-Кортум Р., Descour MR. Волоконный конфокальный отражающий микроскоп (FCRM) для визуализации in vivo. Opt Express. 2001. С. 821–830. http://www.opticsexpress.org. [PubMed] 2. Sung KB, Liang C, Descour M, Collier T., Follen M, Malpica A, Richards-Kortum R. Волоконно-оптическая конфокальная микроскопия in vivo почти в реальном времени: решена субклеточная структура. J Microsc. 2002. 207: 137–145. [PubMed] [Google Scholar] 3. Роуз А.Р., Удович Я.А., Гмитро А.Ф. Мультиспектральная конфокальная микроскопия in vivo.Proc SPIE. 2005; 5701: 73–84. [Google Scholar] 4. Роджерс Дж. Д., Ландау С., Ткачик Т. С., Дескур М. Р., Рахман М. С., Ричардс-Кортум Р., Каркайнен АХО, Кристенсон Т. Характеристики миниатюрного встроенного микроэндоскопа в области визуализации. J Biomed Opt. 2008; 13: 054020. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 5. Гобель В., Керр Дж., Ниммерьян А., Хельмхен Ф. Миниатюрный двухфотонный микроскоп на основе гибкого когерентного пучка волокон и линзы с градиентным показателем преломления. Opt Lett. 2004. 29: 2521–2523. [PubMed] [Google Scholar] 6.Бао Х., Аллен Дж., Патти Р., Вэнс Р., Гу М. Портативный двухфотонный флуоресцентный микроэндоскоп Fast с полем обзора 475 мкм, м × 475 мкм, м для получения изображений in vivo . Opt Lett. 2008; 33: 1333–1335. [PubMed] [Google Scholar] 7. Левене MJ, Kasischke DA, Molloy KA, Webb WW. Многофотонная микроскопия глубоких тканей головного мозга in vivo. J Neurophysiol. 2004; 91: 1908–1912. [PubMed] [Google Scholar] 8. Христодулидес Н., Моханти С., Миллер С.С., Лангуб М.С., Флориано П.Н., Даршан П., Али М.Ф., Бернар Б., Романович Д., Анслин Е., Фокс П.С., МакДевитт Дж.Применение системы анализа на микрочипах для измерения С-реактивного белка в слюне человека. Лабораторный чип. 2005; 5: 261–269. [PubMed] [Google Scholar] 9. Ли Икс, Чудоба Ц., Ко Т, Питрис Ц., Фудзимото Дж. Дж. Игла для оптической когерентной томографии. Opt Lett. 2000; 25: 1520–1522. [PubMed] [Google Scholar] 11. Wetherall WB. Расчет качества изображения. В: Шеннон Р. Р., Вайант Дж. К., редакторы. Прикладная оптика и оптическая инженерия. Vol. 8. Академический; 1980. С. 171–316. [Google Scholar] 12. Маду MJ. Основы микротехнологии.2-й. CRC Press; 2002. [Google Scholar] 13. Kester RT, Tkaczyk TS, Descour MR, Christenson T, Richards-Kortum R. Микроэндоскопический объектив с высокой числовой апертурой для волоконного конфокального отражательного микроскопа. Opt Express. 2007. 15: 2409–2420. [PubMed] [Google Scholar] 14. Chidley MD, Carlson K, Descour MR, Richards-Kortum R. Дизайн, сборка и оптические стендовые испытания миниатюрного литого под давлением объектива с высокой числовой апертурой для волоконно-оптической конфокальной отражательной микроскопии. Appl Opt. 2006. 45: 2545–2554.[PubMed] [Google Scholar] 15. Лян Ц., Сунг К.Б., Ричардс-Кортум Р., Дескур МР. Конструкция миниатюрного объектива микроскопа с большой числовой апертурой для волоконно-конфокального эндоскопического отражательного микроскопа. Appl Opt. 2002; 41: 4603–4610. [PubMed] [Google Scholar] 16. Бернс П.Д. MTF со скошенной кромкой для анализа цифровых камер и сканеров. Труды конференции PICS 2000 года Общества визуализации науки и технологий; 2000. С. 135–138. IEEE. [Google Scholar]

Трубка	Сторона 1	Сторона 2	Сторона 3	Сторона 4	Труба Сред.
1	4,3	5,2	4,3	4,0	4,5
2	2,9	3,9	4,8	4,3	3,9	3,2	3,7
4	3,2	3,2	3,4	2,7	3,1
5	45	3,2	3,0	4,8	3,9
Общее среднее					3,8
Стандартное отклонение

Align Optics Inc

24 4

Пользовательские оптические линзы
Сферические, асферические, цилиндрические, синглеты, дублеты, триплеты, стержневые линзы, шаровые линзы, коллимирующие линзы, конденсаторные линзы, УФ-линзы, проекционные линзы , Линзы Френеля, микро-видеообъективы CCD.
Пользовательские оптические призмы
Прямоугольный, Пента, Амичи, Пента на крыше, Угловой куб, Голубь, Клиновидные призмы, Равносторонние микропризмы и многое другое.
Пользовательские светоделители
Тип зеркала, дихроичный куб, поляризующий куб, переменная плотность.
Индивидуальные окна / квартиры
Сапфировые окна, окна из кварцевого стекла с УФ-защитой, окна BK-7, проводящие окна с плавающим стеклом и многое другое.
Пользовательские оптические зеркала
Сферические зеркала, плоские зеркала, цилиндрические зеркала, эллиптические зеркала, параболические зеркала, зеркала первой поверхности, горячие и холодные зеркала, зеркала с металлическим покрытием
Интерференционные фильтры, полосовые фильтры, дихроичные фильтры, поляризационные фильтры, фильтры нейтральной плотности.
Пользовательские сетки
Линейные шкалы, сеточные шкалы, круглые шкалы, мульти шкалы, целевые значения разрешения, протравленные и заполненные, с покрытием и без покрытия, свободные или собранные
Пользовательские оптические узлы
От миниатюрных до больших окуляров, объективы, реле, микроскоп, широкоугольный объектив, телеобъектив, лазер, рентгеновское излучение, проекция, лупы, микровидео линзы CCD, телецентрические линзы в сборе, зум-линзы в сборе, видеообъективы.Производительность проверена на MTF, искажение изображения, эффективное и заднее фокусное расстояние, передачу, поле зрения и многое другое.
Пользовательские покрытия
Антиотражающее, однослойное, многослойное, широкополосное, узкополосное, двухполосное, высокоотражающее, дихроичное, диэлектрическое, светоделитель, Si02, металл — алюминий, серебро, золото с усиленными и защитными пальто. В наших камерах используются методы электронного пучка, ионной поддержки, ионного распыления и резистивного испарения.Мы используем лучшие технологии и опыт проектирования для повышения производительности.

Центрирование и юстировка оптики | Пролог Оптика

Производственная линия OptiCentric® PRO предлагает полностью автоматизированных станков для цементирования, склеивания и центровки. Мощные продукты полностью автоматизированы и соответствуют в базовой конфигурации OptiCentric® MOT 100. Все узлы, такие как дозатор клея или моторизованный шаговый двигатель, управляются с ПК.

Цементировочная станция OptiCentric®

Производство линз включает в себя не только приклеивание линзы к оправе, но также центрирование и склеивание двух линз с дублетом. С этой целью компания TRIOPTICS разработала цементировочную станцию ​​ OptiCentric® в качестве дополнения к системе TRIOPTICS OptiCentric.

Он включает в себя пьезоэлектрический столик точного позиционирования по 2 осям x-y и специальный захват для линз. Захват точно позиционирует верхнюю линзу в оптимально центрированное положение по отношению к нижней линзе.

Процедура центрирования основана на запатентованном алгоритме TRIOPTICS MultiLens. Сначала он определяет оптическую ось нижней линзы и вычисляет целевое положение для верхней линзы. Затем верхняя линза перемещается захватным устройством с пьезоприводом в заданное положение под управлением автоколлиматора CCD высокого разрешения.

С помощью этой технологии можно получить дублеты с точностью центрирования менее 1 микрона. Как и в случае со станцией склеивания, весь процесс контролируется компьютером.В соответствии с требованиями клиентов на большом рынке пластиковых линз, процесс был оптимизирован с точки зрения производительности. Полный цикл цементирования, включая УФ-отверждение и ручную обработку образцов, выполняется менее чем за 10 секунд.

Станция для склеивания OptiCentric

Автоматическая станция склеивания TRIOPTICS расширяет возможности системы OptiCentric на автоматические процессы производства оптических компонентов и систем. Современные линзы объектива все больше и больше полагаются на компоненты, склеенные клеем, которые, помимо более низкой стоимости, экономят место и вес.

Станция для склеивания OptiCentric Bonding Station включает в себя все устройства, необходимые для точного и автоматического центрирования и приклеивания линз к корпусам и другим оптическим узлам. Дозатор клея установлен на моторизованной ступени шагового двигателя x-z для автоматического позиционирования наконечника дозатора в положение склеивания.

Процесс дозирования контролируется компьютером, и клей можно наносить непрерывно или сегментированно вокруг линзы. Вторая ступень шагового двигателя x-z перемещает прецизионный пьезоэлектрический манипулятор к краю линзы, которую нужно отцентрировать.Пьезоманипулятор позволяет точно позиционировать линзу образца с разрешением и точностью субмикронного шага.

Процесс центрирования контролируется системой OptiCentric, в которой используется автоколлиматор CCD высокого разрешения и точное вращение образца с помощью воздушного подшипника.

Результаты высокоточного центрирования лучше 2,5 микрон обычно достигаются за 2 минуты обработки, включая время УФ-отверждения. УФ-отверждение клея после выравнивания линз обеспечивается управляемым компьютером источником УФ-света и несколькими выходами для световодов.

Полный процесс склеивания контролируется встроенным программным обеспечением для всех функций. Простой язык сценариев позволяет гибко программировать процесс связывания.

Полный производственный цикл можно запрограммировать с помощью простой процедуры обучения с использованием ручного управления этапами. Конечно, различные процедуры для разных типов образцов могут быть сохранены в файлах для дальнейшего использования.

OptiCentric® Токарная обработка с центровкой

При токарном точении оптические блоки обрабатываются механической обработкой.Держатель с линзой сначала помещают в зажим и измеряют погрешность центрирования.

Затем зажим выравнивают таким образом, чтобы оптическая ось и ось вращения совпадали. Затем держатель оттачивают на втором этапе процесса.

Наиболее важными компонентами в этом процессе изготовления являются центрирующий токарный станок с высокоточной осью, центрирующая токарная система OptiCentric® для точного измерения ошибки центрирования и механически регулируемый зажим.Ось вращения обеспечивает стабильность и точность процесса изготовления. Он установлен на гидростатических подшипниках, его радиальное отклонение составляет менее 0,08 мкм.

Система поворота и точения OptiCentric® определяет ориентацию оптической оси заготовки относительно оси вращения. Система доступна в вариантах с одним или двумя электронными автоколлиматорами. Если используются два автоколлиматора, оба центра кривизны линзы могут быть измерены одновременно.При использовании только одного автоколлиматора два измерения выполняются одно за другим, а положение оптической оси определяется с помощью алгоритма MultiLens®.

Затем образец перемещается и наклоняется в направлениях X и Y с помощью регулировочного зажима таким образом, чтобы оптическая ось образца совпадала с осью вращения.

Таким образом достигается точность в субмиллиметровом диапазоне. Механическая блокировка на регулировочном зажиме гарантирует, что положение оптической оси относительно оси вращения не изменится, пока держатель центрируется по номинальному диаметру.

No related posts.