Jak připojit kameru k mikroskopu - C-mount

Mikroskopy, C-Mount a zobrazovací čipy

Autor: Miloš Motejl

Snímání obrazu z mikroskopu pomocí kamer je dnes již běžné. Většina kamer je dodávaná se softwarem, který umožní práci s obrazem včetně měření, úpravy hloubky ostrosti, skládání obrazu, časové smyčky atd. Navíc můžete přenášet živý obraz přímo na monitor nebo promítat projektorem například během přednášek.

Většinu kamer můžete k mikroskopu připojit pomocí adapteru "C-mount". V případě, že kameru používáte místo okuláru nebo ve třetím (přímém) výstupu trinokulární hlavice o průměru 23.2mm, budete potřebovat adapter z C-mount závitu na průměr 23.2mm.

Připojení ke kameře:

C-mount adaptery se připojují ke kameře pomocí vnějšího závitu o průměru 1"(25,4mm) se stoupáním 32 závitů /inch  (1-32UN2A). Tímto závitem se našroubují ke kameře, která má vnitřní "C-mount" závit a druhý konec se zasune do tubusu mikroskopu.

Obraz z kamery není stejně velký jako obraz viděný okem v okuláru.

Před pořízením kamery si uvědomte, že snímací čip kamer má obdélníkový tvar, zatímco obraz pozorovaný v okuláru má kruhový tvar, takže nikdy nedosáhnete úplně stejné zorné pole v kameře a v okuláru.

Na obrázku je příklad zorného pole snímaného pomocí senzoru 1"(uprostřed) a 1/2" (vpravo) při objektivu 10x. 

C-mount adaptery se dodávají s optickým členem nebo bez optiky.

Optický člen v tubusu adapteru slouží k optimalizaci obrazu tak, aby byla snímaná co největší část zorné pole obrazu z mikroskopu. Kamery osazené vhodným optickým adapterem dávají podobný obraz, jaký je vidět v okuláru mikroskopu. Kamery s adapterem bez optiky zobrazují pouze užší výřez ze zorného pole pozorovaného okulárem.

C-mount adapter se zvětšením 1x nemá žádnou optiku a je to asi nejlevnější c-mount adapter.

Jak velkou část zorného pole kamera zaznamená závisí na rozměru čipu. Když použijete kameru s čipem 1/2" o úhlopříčce 8mm a C-mount adapter 1x, bude obraz z kamery 2.5x zvětšený - pokud je objektiv optimalizovaný na polní clonu okuláru o průměru 20mm (2,25x zvětšený, pokud je průměr polní clony okuláru 18mm). V praxi to znamená, že s objektivem 10x (bez optického adapteru) bude obraz vypadat, jako kdyby byl použitý objektiv 25x.

Pokud chcete dosáhnout podobné zvětšení a zorné pole, jako vidíte v okuláru, pak je většinou potřeba použít C-mount adapter s vestavěnou optikou.

C-mount adaptery jsou specifické podle značky a typu mikroskopu - zejména u profesionálních mikroskopů známých výrobců. Jiné adaptery používá Nikon, jiné Zeiss, Leica nebo Olympus.

Je možné použít také univerzální adaptery, které však nezaručují parfokálnost – tedy obraz nemusí být zároveň stejně ostrý v okuláru a v kameře – možná, že bude potřeba přeostřovat.

Optimální zvětšení optického C-mount adapteru zvolte podle rozměru čipu, zvětšení objektivu a průměru polní clony okuláru, se kterým chcete sladit kameru.

Zorné pole kamery = velikost čipu (úhlopříčka) / zvětšení objektivu

Pro čip 1/2" s úhlopříčkou 8mm při objektivu 10x je průměr zorného pole 0.8mm

Průměr zorného pole mikroskopu v místě polní clony okuláru (bez zvětšení okulárem) = Field Number (FN) / zvětšení objektivu

Pro objektiv 10x a okulár s polní clonou o průměru 18mm je zorné pole 1,8mm.

Pro objektiv 10x a okulár s polní clonou o  průměru 20mm je zorné pole 2mm.

Pro objektiv 10x a okulár s polní clonou o průměru 22mm je zorné pole 2,2mm ... atd.

Polní číslo (FN - Field Number) je průměr okulárové polní clony. Uvádí se v popisu okulárů za hodnotou zvětšení např. 10x/18mm. Na obrázku níže jsou tři různé okuláry WF10x/20, WF15x/16, WF20x/10. První číslo udává zvětšení, druhé číslo je průměr okulárové clony v milimetrech.

Průměr polní okulárové clony FN se u běžných okulárů pohybuje v rozmezí 6-28mm a obecně klesá se zvětšením. Např. okuláry 10x mají FN 16-20mm, okuláry 5x mají FN 20mm. Okulárem s vyšší hodnotou polního čísla (FN) je vidět větší část vzorku.

To, jak velké zorné pole zvládne mikroskop dobře vykreslit, závisí na kvalitě objektivů – nakolik je objektiv schopen korigovat komu, astigmatismus a laterální chromatickou vadu.

U běžných objektivů je max. využitelný FN 18mm-20mm, u novějších kvalitních plan-apochromatických a flat field objektivů se vyskytují hodnoty FN i větší než 28mm.

Jaký tedy zvolit adapter, aby byl obraz z kamery podobný obrazu v okuláru?

Pokud chcete, aby se obraz z kamery co nejvíce blížil (zorným polem i zvětšením) obrazu, který vidíte v okuláru, zvolte adapter s optimálním zvětšením.

• Průměr zorného pole v místě polní clony okuláru (mm) / Zorné pole kamery (mm) x Faktor zvětšení C-mount adapteru by se měl rovnat 1 (může být i mírně větší - viz. dále).

Z toho dostanete, že

• Nejoptimálnější zvětšení adapteru = Zorné pole kamery (mm) / Průměr zorného pole v místě polní clony okuláru (mm).

Pokud v nabídce výrobců nenajdete adapter s přesně stejným zvětšením, který Vám vyšel ve výpočtu, zvolte vždy ten, který po dosazení do vztahu splňuje podmínku:

• Průměr zorného pole v místě polní clony okuláru (mm) / Zorné pole kamery (mm) x Faktor zvětšení C-mount adapteru je roven nebo větší než 1.

Pokud je výsledný faktor zvětšení větší než 1, pak je zorné pole snímané kamerou menší a obraz z kamery větší než je vidět v okuláru.

Pokud je výsledný faktor zvětšení menší než 1, pak je oblast snímaná kamerou větší než je vidět v okuláru a obraz je pak oříznutý a projevuje se vinětace a okrajové vady v obraze.

Nejlépe je tedy zvolit takový adapter, který dává výsledný faktor zvětšení 1 nebo o málo více než 1.

V současné době se dodávají také ZOOM optické C-mount adaptery, které mají možnost plynulé změny zvětšení (zoom). V určitém malém rozsahu si tedy můžete nastavit optimální velikost obrazu z kamery podle vlastních potřeb.

Následující tabulka obsahuje přehled výsledného zvětšení pro několik různých čipů při použití s objektivem 10x a FN 18mm. Zeleně jsou vyznačené nejoptimálnější hodnoty podle nichž můžete zvolit optimální zvětšení adapteru. Například pro čip 1/3" s úhlopříčkou 6mm bude nejlépe vyhovovat adapter 0,37x.

V případě, že budete chtít vybrat optimální řešení pro vaši kameru a mikroskop, kontaktujte nás.

Tabulka je počítaná pro objektiv 10x a FN18mm.

Pokud mají okuláry mikroskopu jiný průměr než je standardně dodávaný 23.2mm, můžete použít speciální adaptery na průměry 30mm, 30.5mm a 31,7mm s vnitřním průměrem 23.2mm, do nichž zasunete C-mount adapter.

© Miloš Motejl - kopírování a citace textu a obrázků bez písemného svolení autora není dovoleno a je v rozporu s autorskými právy.