顕微鏡用カメラの選び方

種類

研究者が顕微鏡にカメラを取り付けることは一般的です。利用可能なカメラは3種類あり、そのうち2種類が顕微鏡作業に適しています：

テレビ（ダイレクトビデオ）
- 4:3の旧式ビデオ、NTSC、PAL、480i
- 16:9のHDTV（DVI 1.0準拠）、720P
コンピューターキャプチャ
- USB接続
- Firewire接続
市販カメラ
- 固定レンズカメラ
- 一眼レフカメラ

まず、何をしたいかを決めてください：

画像を撮影する
ライブ映像を見る

両方できるカメラはより高価です。ライブビューと画像撮影が可能な低価格の選択肢は、通常、1秒あたりのフレーム数が少なくなります。

テレビスタイルカメラ

テレビスタイルのカメラはライブ映像をテレビに送ります。旧式の4:3（ボックス型）フォーマットか、新しい16:9のシネマティックフォーマットを使用できます。これらのカメラにはソフトウェアは付属せず、特別なインターフェースをコンピューターに追加しない限り、コンピューターに接続できません。この映像はDVRで録画するか、ビデオ入力およびキャプチャカードをコンピューターに追加して録画できます。これらのカメラは動画を録画でき、一部のコンピューターソフトウェアを追加して画像をキャプチャできます。しかし、解像度は低く、コンピューターインターフェースは高価であり、この目的のために設計・購入されたコンピューターが必要です。

コンピューターカメラ

これらのカメラは通常、標準的なコンピューターインターフェース（USB、Firewire）に直接接続するよう設計されています。主に単一画像の撮影に使われ、次に通常より遅い動画の録画に使われます。ここで使われる用語は「フレームレート（1秒あたりのフレーム数）」です。通常の動画は約30フレーム/秒、映画のシネマティックフィルムは14～18フレーム/秒です。USBカメラは7.5～15フレーム/秒の範囲です。これらの再生は通常滑らかで（ぎこちなくなく）、再生時間が速められることはありません。これらのカメラのフレームレートは信号を受け取るコンピューターに制限されます。CPUが遅い、メモリが少ない、またはコンピューターが過負荷の場合、この速度での動画キャプチャは困難です。

市販カメラ

市販カメラは追加の光学部品なしに顕微鏡に光学的に接続できません。光学アダプターは高価で、結果は通常良くありません。一眼レフカメラは、多くの顕微鏡で利用可能な一眼レフアダプターを使うことで光学的に顕微鏡に接続できます。

カメラサイズ

カメラは画像データを記録するセンサー（CCD）のサイズで区別されます。センサーが大きいほどカメラの解像度は高くなります。サイズの指定は画像センサーの大きさと大まかに対応していますが、測定値というよりは名称です。一般的なサイズは以下の通りです：

½インチ（対角線8mm）
1/3インチ（対角線6mm）
¼インチ（対角線4.6mm）

視野

カメラは通常、顕微鏡に接続するためのアダプター（Cマウント）が必要です。カメラの画像サイズと必要な光学カメラ部品（Cマウント）は、望む画像をキャプチャする上で重要です。研究者の中には、キャプチャする視野を接眼レンズで見える視野と一致させたい人もいれば、視野より小さいキャプチャ画像でも気にしない人もいます。三眼顕微鏡には1:1の構成でキャプチャできる特別な対物レンズ／接眼レンズの組み合わせがありますが、一般的にはキャプチャされる視野は目で見る視野より小さいです。

注意：キャプチャ画像が視覚画像より小さい場合、キャプチャ画像の領域は拡大されます。

接眼レンズを通して見える画像は円形ですが、カメラは正方形の画像しかキャプチャできません。（右図参照）理想的には、正方形の角（カメラ画像の境界）が円（視野）の端にちょうど触れるようにします。顕微鏡アダプターの光学倍率（拡大率）を選ぶ際は、画像センサーのサイズにアダプターを合わせてください。例えば、½インチ（0.5インチ）の画像センサーなら0.5Xアダプターを使用し、¼インチ（0.25インチ）のセンサーなら0.25Xアダプターを使用します。センサーのサイズはアダプターの倍率にできるだけ近いものを選びます。両者を合わせることで、できるだけ多くの画像をキャプチャできます。

接眼レンズの視野は円形なので、4:3のアスペクト比のカメラは16:9のカメラよりも多くの画像をキャプチャします。カメラのキャプチャ領域が接眼レンズの円形視野を超えると、角が黒く（ビネット効果）なります。

円は顕微鏡の接眼レンズを通して見える範囲を示し、正方形は顕微鏡に取り付けたカメラでキャプチャできる範囲を示しています。

注意：0.35X未満のアダプター倍率は高価です。カメラアダプターは顕微鏡に合わせて設計され、通常は顕微鏡メーカーが製造しています。ほとんどのカメラアダプターは他社製の顕微鏡には対応しません。サードパーティ製の顕微鏡からカメラへのアダプターは複数の会社から販売されており、それに応じた価格設定です。
以下の一連の画像は、これまで説明した視野の問題を示しています。画像は標準の½インチCSマウントに取り付けたCOLCAM ½インチテレビカメラで撮影されました。

F200対物レンズ、標準CSマウント F350対物レンズ、標準CSマウント

視野=30mm、接眼レンズ視野=38mm 視野=50mm、接眼レンズ視野=66mm
実際のCOLCAMビデオ画像は、パソコンのシンプルなビデオキャプチャカードを通じて取得されています。画像サイズは640x480です。

光学測定

一般的なレンズは、校正されたシステムでほとんど誤差なく多くの光学測定に使用できます。厳密に測定したい場合は、テレセントリックレンズシステムと呼ばれる顕微鏡アダプターがあります。この特殊な光学構成は顕微鏡とカメラシステムに特化して設計されており、通常非常に高価です。測定ソフトウェアはカメラキャプチャソフトウェアに統合されていることが多く（存在すれば機能として記載されます）、校正にはステージマイクロメーターと呼ばれる外部光学機器が必要です。これは接眼レンズのレチクルを校正する際にも必要なものです。レチクルとは視野内の対象物を測定するために接眼レンズに刻まれた測定スケールです。