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相机靶面大小和显微镜FN的匹配关系

相机的作用说白了就是将显微镜光路所放大的像显示出来。在显微镜领域有一个专业术语叫做Field Number(以下简称FN,概念可参考:https://www.microscopyu.com/microscopy-basics/field-of-view),用来表征显微镜所成像平面(是一个圆形区域)的直径,这个像通过显微镜和相机之间的中继镜筒后会直接投射在相机的芯片上从而成像。而常规的相机芯片都是矩形,这样在实际成像的时候让这两个形状匹配就会有两种方案:


方案一:获得最大的成像视野


这种方案为了得到显微镜镜下的所有图像,会让芯片能够覆盖整个像平面,也就是圆形像平面与矩形芯片的长边相切(图1)。显微镜FN小于等于相机芯片的短边长度时,就是这种效果。

由于这种情况下芯片上会有一部分像素无法感光,所以输出的图像会现出明显的"黑角"。但此时图像所呈现的视野范围和目镜下人眼所观察的视野一致。

 

图一 如何获得显微镜输出的全部视野


方案二:获得最好的感官效果


一般来说会让像平面的整个区域(或者是光场最均匀的区域)能够覆盖包含到整个相机芯片,也就是芯片是圆形像平面的内接矩形(图2)。显微镜的FN大于等于相机芯片对角线长度时,就是这种效果。

 

图二 如何利用芯片全部感光面


该情况下,芯片所有像素均可感光,输出一副均匀完整的图像。但此时会损失一部分视野,所显示的视野比目镜下观察到的视野范围要小。 大多数情况下的使用习惯都是按照方案二进行匹配,这样能够有效利用所有的感光区域,同时也排除掉像面边缘光强较弱的部分,只对中间光强均匀的部分成像。至于视野范围的问题,随着现今显微镜自动化程度越来越高,已经可以实现通过平移载物台加软件拼接的方式获取大范围的图像。


没有刚好合适的匹配尺寸怎么办?


如果FN和芯片尺寸不匹配,则会出现损失较多视野或产生很多"黑角"的情况。为了应对这个问题,显微镜会在中继镜筒中内置不同倍数的透镜(倍数会在中继镜筒的筒身标出),用来调整投射在芯片上的像的大小。

 

图三 滨松常见相机型号芯片尺寸和显微镜FN的对应


常见的倍数一般有 1×,0.63× 和0.5×,使用时根据实际的FN和芯片大小进行适配。 以我们的Flash4.0 系列相机为例,正方形感光区域的长宽为13.31mm,对角线为18.8mm。基本上刚好能够适配FN为20mm左右的显微镜,或者大于20mm的显微镜。 我们的另一款相机ORCA-Spark,是一款矩形芯片,长宽分别为11.25mm × 7.3mm,对角线长为13.4mm,此时选择0.63×的中继镜筒可以适配FN=21mm左右的显微镜,而选择0.5×的镜筒则可以适配FN=27mm左右的显微镜。

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