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■ORCA-Flash2.8 デジタルCMOSカメラ C11440-10C (浜松ホトニクス株式会社)


製品外観


【概 要】

ORCA-Flash2.8は、科学計測用CMOSイメージセンサ FL-280を搭載し、低ノイズ・高解像度・高速読み出しを同時に実現した冷却デジタルカメラです。
ORCA-Flash2.8は、280万画素の高解像度でありながら、45フレーム/秒の高速読み出し(サブアレイ読み出しにより最速1273フレーム/秒)と3 electrons(rms)の低ノイズを同時に実現しました。また、オンチップマイクロレンズの採用による高感度、4500:1 の高ダイナミックレンジ、センサ内部でのゲイン調整や各種の補正機能により、明視野イメージングから微弱な蛍光イメージングまで広い光領域で高品位な画像取得を可能にしました。さらに、周辺装置とカメラの撮像タイミングをコントロールする豊富なトリガ機能の搭載により、幅広い用途で最適なイメージングを実現しました。
ライフサイエンス分野での顕微鏡イメージングをはじめ、半導体観察・検査、X線シンチレータの読み出し等、幅広い分野でのイメージング・計測に適したスタンダードカメラです。


【特 長】

低ノイズ・高速読み出し
冷却CCDを上回る低読み出しノイズ
科学計測用CMOSイメージセンサFL-280は、オンチップCDS回路の採用により、 低ノイズ化を実現。これまでの冷却CCDイメージセンサに比べて低い読み出しノイズ3 electrons(rms)を実現しました。
低ノイズと高速読み出しを両立
FL-280は、カラムA/Dによる1ライン並列同時読み出しにより、低ノイズと高速読み出しを両立。低読み出しノイズにも関わらず、280万画素の高解像度で、45 フレーム/秒とCCDイメージセンサの常識を打ち破る読み出し速度を実現しました。
また、サブアレイ読み出しの搭載により、最速1273 フレーム/秒までの高速読み出しが可能です。サブアレイ読み出しは、画素数を減らすことにより、読み出しノイズに悪影響を与えることなく、高速化を実現した機能です。
低暗電流
ORCA-Flash2.8は、暗電流特性にも優れ、+5 ℃の冷却における暗電流は十分に低く抑えられています。
高画質(固定パターンノイズなし)
FL-280は、画素ごとカラムごとにアンプを持っています。しかし、最新半導体プロセスを採用することにより、従来のCMOSイメージセンサで画質を低下させる大きな要因となっていた固定パターンノイズを除去しています。その結果、科学計測用CCDイメージセンサと遜色のない高画質を実現しました。

画素サイズと観察視野
CCD(2/3型、1.3M pixel)に比べ約2倍の解像度
FL-280の解像度は280万画素で、従来のCCDイメージセンサ(2/3型、130万画素)の約2倍。画素サイズは3.63 μm×3.63 μmと約半分です。
CCD(2/3型、1.3M pixel)に比べ約2倍の解像度
FL-280の画素サイズが従来のCCDイメージセンサ(2/3型、130万画素)の約半分なのに対して、画素数は2倍以上あるため、広い視野※を観察することができます。
※顕微鏡で使用する場合、0.5倍のリレーレンズを使用すれば、1画素に入る光量をCCDイメージセンサ(2/3型、130万画素)と同等にすることが可能です。

優れた直線性(入射光量 vs 出力信号)
リニアリティ(直線性)
信号を忠実に検出するには、入出力特性の直線性が必要です。
ORCA-Flash2.8は、FL-280の採用と最適設計された回路により、入射した光量と出力される信号との良好な直線性が確保されています。

アナログゲイン機能
暗い対象で短時間露光時に有効
ORCA-Flash2.8は、デジタル信号へ変換する前のアナログ信号をセンサ内部で増倍するアナログゲイン機能を搭載しています。A/Dコンバータでの量子化誤差を小さくする効果があり、読み出しノイズを3 electrons(rms)まで下げることができます。出力信号が、数カウント〜数十カウントとなる暗い画像を撮像する場合で、かつ露光時間を延ばすことができない場合、アナログゲインを上げることにより、画質を向上させることができます。

リアルタイム補正機能
シェーディング補正・欠陥画素補正
カメラで画像処理を行う場合、照明系、レンズ系によるシェーディング(画面内のムラ)が無視できません。また、FL-280は、読み出しノイズが周囲に比較して大きい画素がわずかながら存在します。このため、ORCA-Flash2.8では、さらなる画質向上のため、照明系、光学レンズ系、撮像素子の画素ごとのダーク、シェーディング及び欠陥画素の補正を行う機能を備えています。
周辺機器との同期対応
外部同期機能・タイミング出力機能
ORCA-Flash2.8は、幅広い用途での最適イメージングを実現するために周辺装置とカメラの撮像タイミングを管理する各種の外部同期機能やカメラのタイミング出力機能を備えています。
・エッジトリガ:
外部からのトリガ信号により、露光をスタートします。
・レベルトリガ:
外部からのトリガ信号により、露光スタートタイミング及び露光時間を制御します。
・グローバル露光トリガ:
トリガ信号を入力した前後の2フレームを加算して出力します。パルス光源等の瞬間的な発光を撮像する場合に有効です。
・読み出し同期トリガ:
画像を連続して取り込む場合に用い、各フレームの露光タイミングを制御します。レーザコンフォーカル顕微鏡を使用する場合に有効です。
・スタートトリガ:
外部からのトリガ信号により、内部同期モードに切り替わります。例えば、電気刺激を与えた時の発光現象をできるだけデッドタイムなく撮像するような場合に有効です。
・トリガ遅延機能:
各トリガ信号入力に対して、動作が開始されるまでの時間をコマンドにて制御します。
・プログラマブルタイミング出力:
カメラの露光タイミングに対して、コマンドにより設定される遅れ時間とパルス幅ををもったパルスが出力されます。簡易なディレイユニット、パルス発生器の代わりとして使用できます。
・グローバル露光タイミング出力:
センサのすべてのラインが同時に露光している状態にある期間を出力します。
・トリガレディ出力:
外部トリガモード動作時、次のトリガパルスを受けることが可能かどうかのレディ信号を出力します。


【撮像例】




【用 途】

●高速Ca2+イメージング
●レシオイメージング
●FRET
●TIRF
●GFPを利用した細胞内機能の観察
●タイムラプス蛍光イメージング
●微細形態観察
●リアルタイム共焦点顕微鏡
●蛍光in situハイブリダイゼーション(FISH)
●FAでの画像入力
●半導体観察・検査
●X線シンチレータの読み出し


【システム構成図】




【仕 様】

型名 C11440-10C
カメラヘッドタイプ 自然空冷ヘッド
撮像素子 科学計測用CMOSイメージセンサFL-280
有効画素数 1920(H)×1440(V)
画素サイズ 3.63 μm(H)×3.63 μm(V)
有効素子サイズ 6.97 mm(H)×5.23 mm(V)
飽和電荷量 18 000 electrons(typ.)
読み出し速度 全画素読み出し:45.4 フレーム/秒(1920(H)×1440(V))
読み出しノイズ 3 electrons(ゲイン8倍)(rms)typ.
露光時間 20 μs〜10 s(内部同期/外部同期時)
冷却方式 ペルチェ素子+自然空冷
冷却温度 +5 ℃(室温:+20 ℃)
ダイナミックレンジ 4500:1 (ゲイン1倍)
アナログゲイン 1倍〜8倍(256ステップ)
ビニング読み出し 2×2
外部トリガモード エッジトリガ、レベルトリガ、グローバル露光トリガ、読み出し同期トリガ、スタートトリガ
トリガ遅延機能 0 μs〜10 s(10 μsステップ)
トリガ出力 プログラマブルタイミング出力、グローバル露光タイミング出力、トリガレディ出力
インターフェース CameraLink Base Configuration
コネクタ仕様 Mini-CameraLink
A/Dコンバータ 12 bit
レンズマウント Cマウント
電源 AC100 V〜AC240 V、50 Hz/60 Hz
消費電力 約45 VA
動作周囲温度 0 ℃〜+40 ℃
保存周囲温度 -10 ℃〜+50 ℃
動作周囲湿度 70 %以下(ただし結露しないこと)
① 飽和電荷量と読み出しノイズから求めた値です。
② カメラ内でデジタル処理 (デジタルビニング) しています。

サブアレイ読み出し(代表例)

画素数(H)×(V) 1920×1080 1920×600 1920×240 1920×80 1920×8
読み出し速度(フレーム/秒) 60.0 104.6 236.8 540.0 1273.6


【分光感度特性】




【外形寸法図】




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