相機(jī)靶面大小和顯微鏡FN的匹配關(guān)系

相機(jī)的作用說(shuō)白了就是將顯微鏡光路所放大的像顯示出來(lái)。在顯微鏡領(lǐng)域有一個(gè)專業(yè)術(shù)語(yǔ)叫做Field Number(以下簡(jiǎn)稱FN)，用來(lái)表征顯微鏡所成像平面(是一個(gè)圓形區(qū)域)的直徑，這個(gè)像通過(guò)顯微鏡和相機(jī)之間的中繼鏡筒后會(huì)直接投射在相機(jī)的芯片上從而成像。而常規(guī)的相機(jī)芯片都是矩形，這樣在實(shí)際成像的時(shí)候讓這兩個(gè)形狀匹配就會(huì)有兩種方案：

方案一：獲得最大的成像視野

這種方案為了得到顯微鏡鏡下的所有圖像，會(huì)讓芯片能夠覆蓋整個(gè)像平面，也就是圓形像平面與矩形芯片的長(zhǎng)邊相切(圖1)。顯微鏡FN小于等于相機(jī)芯片的短邊長(zhǎng)度時(shí)，就是這種效果。

由于這種情況下芯片上會(huì)有一部分像素?zé)o法感光，所以輸出的圖像會(huì)現(xiàn)出明顯的"黑角"。但此時(shí)圖像所呈現(xiàn)的視野范圍和目鏡下人眼所觀察的視野一致。

圖一 如何獲得顯微鏡輸出的全部視野

方案二：獲得最好的感官效果

一般來(lái)說(shuō)會(huì)讓像平面的整個(gè)區(qū)域(或者是光場(chǎng)最均勻的區(qū)域)能夠覆蓋包含到整個(gè)相機(jī)芯片，也就是芯片是圓形像平面的內(nèi)接矩形(圖2)。顯微鏡的FN大于等于相機(jī)芯片對(duì)角線長(zhǎng)度時(shí)，就是這種效果。

圖二 如何利用芯片全部感光面

該情況下，芯片所有像素均可感光，輸出一副均勻完整的圖像。但此時(shí)會(huì)損失一部分視野，所顯示的視野比目鏡下觀察到的視野范圍要小。 大多數(shù)情況下的使用習(xí)慣都是按照方案二進(jìn)行匹配，這樣能夠有效利用所有的感光區(qū)域，同時(shí)也排除掉像面邊緣光強(qiáng)較弱的部分，只對(duì)中間光強(qiáng)均勻的部分成像。至于視野范圍的問(wèn)題，隨著現(xiàn)今顯微鏡自動(dòng)化程度越來(lái)越高，已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)通過(guò)平移載物臺(tái)加軟件拼接的方式獲取大范圍的圖像。

沒(méi)有剛好合適的匹配尺寸怎么辦?

如果FN和芯片尺寸不匹配，則會(huì)出現(xiàn)損失較多視野或產(chǎn)生很多"黑角"的情況。為了應(yīng)對(duì)這個(gè)問(wèn)題，顯微鏡會(huì)在中繼鏡筒中內(nèi)置不同倍數(shù)的透鏡(倍數(shù)會(huì)在中繼鏡筒的筒身標(biāo)出)，用來(lái)調(diào)整投射在芯片上的像的大小。

圖三 濱松常見(jiàn)相機(jī)型號(hào)芯片尺寸和顯微鏡FN的對(duì)應(yīng)

常見(jiàn)的倍數(shù)一般有 1×，0.63× 和0.5×，使用時(shí)根據(jù)實(shí)際的FN和芯片大小進(jìn)行適配。 以我們的Flash4.0 系列相機(jī)為例，正方形感光區(qū)域的長(zhǎng)寬為13.31 mm，對(duì)角線為18.8 mm?；旧蟿偤媚軌蜻m配FN為20 mm左右的顯微鏡，或者大于20 mm的顯微鏡。 我們的另一款相機(jī)ORCA-Spark，是一款矩形芯片，長(zhǎng)寬分別為11.25 mm × 7.3 mm，對(duì)角線長(zhǎng)為13.4 mm，此時(shí)選擇0.63×的中繼鏡筒可以適配FN=21 mm左右的顯微鏡，而選擇0.5×的鏡筒則可以適配FN=27 mm左右的顯微鏡。

審核編輯黃宇