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■ORCA-Lightning デジタルCMOSカメラ: C14120-20P
(浜松ホトニクス株式会社)


121フレーム/ 秒の高速読み出しと広視野イメージングを実現したカメラ。
製品外観


【概 要】

瞬間的な生命現象を、逃さず、広視野で。
高速性が求められるライトシート顕微鏡法においては、従来、広い視野と高速な読み出しを両立することは非常に困難でした。
ORCA-Lightningは、121フレーム/秒という高速読み出しを、4608画素×2592画素の圧倒的な広視野で実現する科学計測用CMOSカメラです。ライトシート読み出しモードを用いた場合、従来カメラと同じ画素数(2048画素×2048画素)で約6倍の読み出し速度を実現します。
ライトシート顕微鏡法でこれまでにないイメージングを。


有効画素数:4608 (H) × 2592 (V)
読み出し速度:121フレーム/秒
読み出しノイズ: 2.0 electrons rms
ダイナミックレンジ:17 000:1


【高速イメージング】

従来CMOSカメラと同程度の読み出しノイズを維持しながら、約6倍の読み出し速度で、今まで十分に捉えられなかった高速な現象も撮像することができます。
ライトシート顕微鏡に用いられるカメラは高速性が重要視され、速い読み出しが求められています。そして、読み出し速度を上げた画像では取り込みに得られる入射光量が少なくなるため、S/Nの高い画像を求めようとするとカメラの読み出しノイズを低く抑える必要があります。ORCA-Lightningは、従来CMOSカメラと同程度の読み出しノイズを維持しながら、約6倍の読み出し速度で画像を取得できます。
従来CMOSカメラとの速度の比較
従来CMOSカメラとの速度の比較


【読み出し速度(有効画素数別、動作モード別)】

お客さまの目的に応じて、最適なモードを選択できます。
ORCA-Lightningでは標準飽和電荷量モード(12 bit)での読み出しに加えて、高ダイナミックレンジ向けに高飽和電荷量モード(16 bit)での読み出しにも対応しています。
読み出し速度
※1 内部同期モードとは、カメラ単体で動作させるモードです。
※2 エッジトリガモードとは、外部機器から入力されているトリガ信号が立ち上がる/立ち下がるタイミング(エッジタイミング)で露光を開始するモードです。
※3 読み出し同期トリガモードとは、外部機器から入力されているトリガ信号のエッジ(立ち上がり/立ち下がり)でカメラの露光を終了して読み出しを開始、同時に次の露光を開始するモードです。
※4 グローバルリセットモードとは、外部からのトリガ信号に同期して全画素一斉に露光を開始するモードです。


【3Dイメージングによる高速性の検証】

ボルボックスの遊泳運動を連続撮像し、3Dイメージング像を構築しました。
ボルボックスの遊泳運動を撮像するにあたり、約8ボリューム/秒の条件を前提に2次元の撮影速度(観察エリア)と3次元の撮影速度(撮像枚数)を決定しています。
ORCA-Lightningの高速性により、従来CMOSカメラに比べて、広い範囲をより深く撮像できることを示しています。
撮像条件
・顕微鏡:ezDSLM(ライトシート顕微鏡)
・対物レンズ:10×
・励起波長:488 nm
・蛍光波長:赤(自家蛍光)
・試料:ボルボックス
・観察対象:ボルボックスの遊泳運動
・撮像方法:約8ボリューム像(立体像)の取得/秒
撮像に用いられたezDSLM(ライトシート顕微鏡)システムの詳細については、こちら(生命創成探究センター・基礎生物学研究所・野中研究室HP)をご参照ください。
3Dイメージングによる高速性の検証
データ提供:自然科学研究機構・生命創成探究センター・生命時空間制御研究室(基礎生物学研究所・時空間制御研究室)谷口篤史様、野中茂紀様


【広視野イメージング】

従来CMOSカメラの約2倍の範囲を一度に撮像し、研究や作業のスループットを大幅に向上させることができます。
従来CMOSカメラとのセンササイズの比較
従来CMOSカメラとのセンササイズの比較
撮像例1:テストパターン
撮像例2:神経細胞の樹状突起スパイン
テストパターン
神経細胞の樹状突起スパイン
撮像条件
・顕微鏡:ニコン Ti2-E
・対物レンズ:CFI Plan Apo Lambda 10× / 0.45
・Fマウントアダプタ:F-TV直筒TI-BDTV2 + DS用FマウントアダプタDS-F
・試料:対物方眼ミクロメーター(0.01 mm の方眼、線分長2 mm)
撮像条件
・顕微鏡:ニコン Ti2-E
・対物レンズ:CFI Plan Apo Lambda 100× oil / 1.45
・Fマウントアダプタ:F-TV直筒TI-BDTV2 + DS用FマウントアダプタDS-F
・試料:GFPを発現したマウス海馬分散培養(培養後3週間)
・画素数:4608(H) × 2592(V)
・露光時間:20 ms


【ライトシート読み出しモード【特許登録済み】】

ライトシート読み出しモードは、ライトシート顕微鏡画像のS/Nを改善するsCMOSカメラの読み出し方法です。
ライトシート読み出しモードの原理や特長について詳しくはこちらをご覧ください。
ライトシート読み出しモード


【ライトシート読み出しモード間での読み出し速度比較】

2048×2048画素において、ORCA-Lightningの読み出し速度は305 フレーム/秒で、従来CMOSカメラの49 フレーム/秒に比べて約6倍速くなっています。
有効画素数(H)×(V) 読み出し速度(フレーム/秒)
ORCA-Lightning 従来CMOSカメラ(Camera Link)
4608×2592 121 -
2560×2560 220 -
2048×2048 305 49
1024×1024 603 99
512×512 1175 196


【動画ギャラリー】

ライトシート顕微鏡(ezDSLM)で取得したボルボックスの遊泳運動
ライトシート顕微鏡(ezDSLM)で取得したミドリゾウリムシの遊泳運動
ライトシート顕微鏡(ezDSLM)で取得したメダカの血球(GFP発現)
ライトシート顕微鏡(ezDSLM)で取得した
ボルボックスの遊泳運動
ライトシート顕微鏡(ezDSLM)で取得した
ミドリゾウリムシの遊泳運動
ライトシート顕微鏡(ezDSLM)で取得した
メダカの血球(GFP発現)
データ提供:自然科学研究機構・生命創成探究センター・生命時空間制御研究室(基礎生物学研究所・時空間制御研究室)谷口篤史様、野中茂紀様
サンプル提供:(NBRPメダカ)基礎生物学研究所・生物機能解析センター・光学解析室 坂本丞様


【仕 様】

型名 C14120-20P
撮像素子 科学計測用CMOSイメージセンサ
有効画素数 4608 (H) × 2592 (V)
画素サイズ 5.5 μm (H) ×5.5 μm (V)
有効素子サイズ 25.344 mm (H) × 14.256 mm (V)
飽和電荷量 標準飽和電荷量モード:1000 electrons(Typ.)
高飽和電荷量モード:38 000 electrons(Typ.)
読み出し速度 121 フレーム/秒(全画素読み出し時)
読み出しノイズ 標準飽和電荷量モード:1.5 electrons median (Typ.)
標準飽和電荷量モード:2.0 electrons rms
高飽和電荷量モード:2.2 electrons median (Typ.)
高飽和電荷量モード:2.7 electrons rms
露光時間 内部同期モード/全画素読み出し/標準飽和電荷量モード:6.304 μs〜1 s
内部同期モード/全画素読み出し/高飽和電荷量モード:50.432 μs〜1 s
冷却温度 強制空冷(周囲温度:+25 ℃):+20 ℃
水冷時:+20 ℃
暗電流 空冷(冷却温度:+20 ℃):15 electrons/pixel/s(Typ.)
ダイナミックレンジ (Typ.) 標準飽和電荷量モード:650 : 1(Typ.)
高飽和電荷量モード:17 000 : 1(Typ.)
サブアレイ読み出し 可能
ビニング読み出し 2×2、4×4
外部トリガ入力 エッジトリガ、グローバルリセットエッジトリガ、レベルトリガ、 グローバルリセットレベルトリガ、読み出し同期トリガ、スタートトリガ
入力コネクタ SMA
トリガ遅延機能 0 s 〜 10 s(1 μs ステップ)
インターフェース CoaXPress (Quad CXP-6)
A/Dコンバータ 標準飽和電荷量モード:12 bit高飽和電荷量モード:16 bit
消費電力 約200 VA
動作周囲温度 0 ℃ 〜 +40 ℃
動作周囲湿度 30 % 〜 80 %(結露しないこと)


【分光感度特性】

分光感度特性


【外形寸法図】

外形寸法図


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