ORCA-Quest qCMOSカメラ
浜松ホトニクスは、1980年代から独自のカメラ設計技術を生かした 高感度・低ノイズなカメラの開発を続け、常に最先端の科学技術研究の発展に貢献してきました。そして、その究極ともいえる性能をもったカメラがこの「ORCA-Quest」です。 C15550-20UPは、世界で初めてqCMOSイメージセンサを搭載し、新たに開発した専用の技術を駆使して光電子数の識別を実現したカメラです。究極の定量イメージングを実現しています。
ORCA-Questに関するニュース記事
SPIE主催 Prism Awards 2022 Quantum部門ファイナリスト選出
微弱光を高S/N で検出するために、ORCA-Quest では、センサの構造からエレクトロニクスまでのありとあらゆる部分の最適化を図った設計を行いました。さらに最新のCMOS テクノロジーを使用したカスタムセンサを開発することにより、0.27 electrons rms という極限の低ノイズ性能を実現することができました。
「光」とは、多数の「光子(Photon)」の集まりです。光子はセンサ上で電子に変換され、この電子を「光電子(Photoelectron)」といいます。光電子を数えることにより、光を正確に計測する方法が「光子数識別(Photon number resolving)※」です。光電子を数えるためには光電子の信号量よりカメラ側のノイズが十分に小さい必要があります。従来のsCMOSカメラも読み出しノイズを小さく抑えていますが、それでも光電子の信号量よりもノイズは大きく、光電子を数えることは困難でした。ORCA-Questでは、低読み出しノイズの0.27 electrons rms(@Ultra quiet scan)および、温度や時間に対する安定性、各画素値の個別校正とリアルタイム補正などの高度なカメラ技術の投入により、光子数識別を実現しています。
※光子数識別とは「光電子」の数を識別するもので、正確には「光子の検出」とは異なります。しかし、この分野における類似の手法である単一の光電子検出に対して「単一光子検出(Single photon counting)」という用語が用いられていることから、「光子数識別(Photon number resolving)」という用語を使用しています。
効率よく光子を検出するためには高量子効率を実現することが不可欠であり、この一つの手段として、背面照射構造の採用があります。従来の背面照射型センサでは、画素の区切りがないため、画素間でクロストークが発生し、分解能は前面照射型センサに比べて通常劣ります。ORCA-Quest では、背面照射構造によって高量子効率を実現するだけでなく、画素を一つ一つに区切るトレンチ構造を採用し、画素間クロストーク低減を実現しました。
今までは、EM-CCDに代表される、増倍型カメラを用いてフォトンカウンティングレベルの画像を取得しておりました。これらのカメラの画素数は代表的には0.3 メガピクセル程度でしたが、ORCA-Quest では9.4 メガピクセルの画素数を用いてフォトンカウンティングレベルの画像だけでなく、光子数識別画像の取得が可能です。また、画素数の異なるカメラの読み出し速度は単純にフレームレートでは比較できません。その場合、1 秒間に読み出せる画素数であるデータレート(画素数×フレームレート)が使用されます。これまでフォトンカウンティング可能な読み出し速度の速いカメラはEM-CCDの約27 メガピクセル/秒と考えられますが、ORCA-Quest では約47 メガピクセル/秒と2倍近いスピードの光子数識別イメージングが可能になります。
ORCA-Quesに用いられているセンサの特長や各読み出しモードをはじめとした各機能の技術的な解説、トリガのタイミングチャート等を掲載しています。
※ 資料は英語版のみです。
CMOS技術の絶え間ない進歩により、トランジスタの小型化、暗電流効果の低減、電子機器の読み出しノイズの低減が次々と実現されてきました。そして、イメージングの新たな時代の幕開けとなる新しい定量的CMOS(quantitative CMOS)技術が誕生。ピクセル内の光子数を確実に定量化するという物理的な限界についに到達し、技術による「解像度」「感度」「速度」のトレードオフを解消します。
qCMOS技術、Photon number resolving(光子数識別)の詳細は、以下のホワイトペーパーにてご紹介していますので、ぜひご覧ください。
※資料は英語版のみです。
2021年6月に開催した「ORCA-Quest qCMOSカメラ」オンラインセミナーを公開いたします。
セミナーでは検出技術やノイズ・SN比の根本原理から、qCMOSカメラの技術や撮像例まで製品責任者がご説明しておりますので、ぜひご覧ください。
地上から星を観察する場合、大気のゆらぎにより、星像がぼけます。しかし、短時間露光であれば、その時間内では大気が安定し、きれいな画像が得られることがあります。このため多くの画像を取得し、きれいな画像のみを位置を合わせながら積算する手法がラッキーイメージングです。
オリオン座大星雲 3 波長フィルタを使用したカラー画像
物質に光を照射すると、光と物質の相互作用が発生します。このうち、入射光とは異なる波長に散乱されるものをラマン散乱と呼び、この波長を測定することにより、物質の特性を測定する手法をラマン分光と言います。ラマン分光により、分子レベルの構造解析が可能であり、これにより化学結合、結晶性等の情報が得られます。
型名 | C15550-20UP |
---|---|
撮像素子 | qCMOSイメージセンサ |
有効画素数 | 4096(H)× 2304(V) |
画素サイズ | 4.6 μm(H)× 4.6 μm(V) |
有効素子サイズ | 18.841 mm(H)× 10.598 mm(V) |
飽和電荷量 | 7000 electrons(typ.) |
読み出し速度 | Standard scan *1、全画素読み出し時、CoaXPress動作:120 フレーム/秒 Standard scan *1、全画素読み出し時、USB動作:17.6 フレーム/秒 Ultra quiet scan、全画素読み出し時、CoaXPress動作、USB動作:5 フレーム/秒 |
読み出しノイズ | Standard scan:0.43 electrons rms (typ.) Ultra quiet scan:0.27 electrons rms (typ.) |
露光時間 | Standard scan *1:7.2 μs~1800 s Ultra quiet scan:199.9 ms*2 ~ 1800 s(内部同期、エッジトリガ、レベルトリガ、スタートトリガ) Ultra quiet scan:200.2 ms*2 ~ 1800 s(読み出し同期トリガ) Ultra quiet scan:172.8 μs ~ 1800 s(グローバルリセットエッジトリガ、グローバルリセットレベルトリガ) |
冷却温度 | 強制空冷(周囲温度+25 ℃):-20 ℃ 水冷(水温+25 ℃):-20 ℃ 水冷(最大冷却(水温+20 ℃、周囲温度+20 ℃ 時))*3:-35 ℃(typ.) |
暗電流 | 強制空冷(周囲温度+25 ℃):0.016 electrons/pixels/s(typ.) 水冷(水温+25 ℃):0.016 electrons/pixels/s(typ.) 水冷(最大冷却(水温+20 ℃、周囲温度+20 ℃ 時)):0.006 electrons/pixels/s(typ.) |
ダイナミックレンジ | 25 900 : 1(Typ.) *4 |
外部トリガモード | 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 μs ~ 10 s(1 μs ステップ) |
トリガ出力 | グローバル露光タイミング出力、エニーロー露光タイミング出力、トリガレディ出力、プログラマブルタイミング出力× 3 系統、ハイ出力、ロー出力 |
出力コネクタ | SMA |
画像改善機能 | 欠陥画素補正(ON-OFF 可能、白点補正3段階選択可) |
エミュレーションモード | 有(ORCA-Fusion) |
インターフェース | USB 3.1 Gen 1, CoaXPress (Quad CXP-6 ) |
A/Dコンバータ | 16 bit、12 bit、8 bit |
レンズマウント | Cマウント*5 |
電源 | AC 100 V ~ AC 240 V、50 Hz/60 Hz |
消費電力 | 約155 VA |
動作周囲温度 | 0 ℃ ~ +40 ℃ |
保存周囲温度 | -10 ℃ ~ +50 ℃ |
動作周囲湿度 | 30 % ~ 80 %(結露しないこと) |
保存周囲湿度 | 90 %以下(結露しないこと) |
*1:エリア読み出しのみ
*2:さらに短い露光時間の設定が必要な場合は、弊社までお問い合わせください。なお、露光時間を短くした場合も読み出し速度は変わりません。
*3:冷却水の水量は0.46 L/分
*4:飽和電荷量とUltra quiet scan時の読み出しノイズから算出
*5:Fマウント対応の製品(C15550-20UP01)もございます。ご希望の場合、弊社までお問い合わせください。Fマウントは構造上光漏れがあり、特に長時間露光測定ではその影響を受ける可能性があります。
様々なプログラミング環境に対応した豊富な開発用ツールや多数のサードパーティ製ユーザーインターフェースまで、弊社カメラは多様なソフトウエアでサポートしています。
産業用・研究用途でカメラを用いる場合、撮影する対象の波長や光量など、様々な条件を考慮してカメラを選定する必要があります。
弊社では、シミュレーション画像を確認しながら直感的にカメラの性能によるイメージングの結果の違いなどを比較できるツール「カメラシミュレーションラボ」を提供しています。
It looks like you're in the . If this is not your location, please select the correct region or country below.
You're headed to Hamamatsu Photonics website for JP (Japanese). If you want to view an other country's site, the optimized information will be provided by selecting options below.
In order to use this website comfortably, we use cookies. For cookie details please see our cookie policy.
This website or its third-party tools use cookies, which are necessary to its functioning and required to achieve the purposes illustrated in this cookie policy. By closing the cookie warning banner, scrolling the page, clicking a link or continuing to browse otherwise, you agree to the use of cookies.
Hamamatsu uses cookies in order to enhance your experience on our website and ensure that our website functions.
You can visit this page at any time to learn more about cookies, get the most up to date information on how we use cookies and manage your cookie settings. We will not use cookies for any purpose other than the ones stated, but please note that we reserve the right to update our cookies.
For modern websites to work according to visitor’s expectations, they need to collect certain basic information about visitors. To do this, a site will create small text files which are placed on visitor’s devices (computer or mobile) - these files are known as cookies when you access a website. Cookies are used in order to make websites function and work efficiently. Cookies are uniquely assigned to each visitor and can only be read by a web server in the domain that issued the cookie to the visitor. Cookies cannot be used to run programs or deliver viruses to a visitor’s device.
Cookies do various jobs which make the visitor’s experience of the internet much smoother and more interactive. For instance, cookies are used to remember the visitor’s preferences on sites they visit often, to remember language preference and to help navigate between pages more efficiently. Much, though not all, of the data collected is anonymous, though some of it is designed to detect browsing patterns and approximate geographical location to improve the visitor experience.
Certain type of cookies may require the data subject’s consent before storing them on the computer.
This website uses two types of cookies:
This website uses cookies for following purposes:
Cookies help us help you. Through the use of cookies, we learn what is important to our visitors and we develop and enhance website content and functionality to support your experience. Much of our website can be accessed if cookies are disabled, however certain website functions may not work. And, we believe your current and future visits will be enhanced if cookies are enabled.
There are two ways to manage cookie preferences.
If you don’t want to receive cookies, you can modify your browser so that it notifies you when cookies are sent to it or you can refuse cookies altogether. You can also delete cookies that have already been set.
If you wish to restrict or block web browser cookies which are set on your device then you can do this through your browser settings; the Help function within your browser should tell you how. Alternatively, you may wish to visit www.aboutcookies.org, which contains comprehensive information on how to do this on a wide variety of desktop browsers.
Occasionally, we may use internet tags (also known as action tags, single-pixel GIFs, clear GIFs, invisible GIFs and 1-by-1 GIFs) at this site and may deploy these tags/cookies through a third-party advertising partner or a web analytical service partner which may be located and store the respective information (including your IP-address) in a foreign country. These tags/cookies are placed on both online advertisements that bring users to this site and on different pages of this site. We use this technology to measure the visitors' responses to our sites and the effectiveness of our advertising campaigns (including how many times a page is opened and which information is consulted) as well as to evaluate your use of this website. The third-party partner or the web analytical service partner may be able to collect data about visitors to our and other sites because of these internet tags/cookies, may compose reports regarding the website’s activity for us and may provide further services which are related to the use of the website and the internet. They may provide such information to other parties if there is a legal requirement that they do so, or if they hire the other parties to process information on their behalf.
If you would like more information about web tags and cookies associated with on-line advertising or to opt-out of third-party collection of this information, please visit the Network Advertising Initiative website http://www.networkadvertising.org.
We use third-party cookies (such as Google Analytics) to track visitors on our website, to get reports about how visitors use the website and to inform, optimize and serve ads based on someone's past visits to our website.
You may opt-out of Google Analytics cookies by the websites provided by Google:
https://tools.google.com/dlpage/gaoptout?hl=en
As provided in this Privacy Policy (Article 5), you can learn more about opt-out cookies by the website provided by Network Advertising Initiative:
http://www.networkadvertising.org
We inform you that in such case you will not be able to wholly use all functions of our website.
Close