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偏光カメラ、5.0メガピクセルモノクロCMOSセンサ


  • Polarization-Sensitive Monochrome CMOS Camera
  • On-Chip Wire Grid Polarizer Array
  • High Quantum Efficiency & Low <2.5 e- Read Noise
  • C-Mount Compatible with 2/3" Optical Format

CS505MUP

Monochrome
Polarization Camera

ThorCam software showing the calculated azimuth / angle of linear polarization (AoLP) of plastic safety goggles using the CS505MUP camera and polarized light. The captured image has a pseudocolor effect applied as a visualization aid. Click here to download the full-resolution image and see the Polarization tab below for more information.

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Zelux™
(Smallest Profile)		1.6 MP CMOS
Kiralux™1.3 MP CMOS
2.3 MP CMOS
5 MP CMOS
5 MP CMOS,
Polarization Sensitive
8.9 MP CMOS
Quantalux®
(< 1 e- Read Noise)		2.1 MP sCMOS
Scientific
CCD		1.4 MP CCD
4 MP CCD
8 MP CCD
VGA Resolution CCD
(200 Frames Per Second)

用途例

  • 材料検査
  • 応力検査
  • 探傷試験
  • コントラスト向上
  • 透明材料の検知
  • 表面反射の測定
  • 深度マッピング　

特長

  • 4方向ワイヤーグリッド偏光子アレイが組み込まれたモノクロの5.0メガピクセルCMOSセンサ
  • 高い量子効率:525～580 nmで72%(典型値)
  • ピクセルサイズ:3.45 µm x 3.45 µm
  • 冷却ファンのないパッシブ型の温度管理により、振動や画像のブレを発生させずに暗電流を低減
  • 読み出しノイズ＜2.5 e-RMS(未処理画像)
  • トリガモードおよびバルブモード
  • グローバルシャッタ
  • USB 3.0インターフェイス
  • Windows® 7、10用のThorCam™ソフトウェア
  • 偏光イメージングモードの種類
  • SDKならびにプログラミングインターフェイスが下記をサポート
    • C、C++、C#、Python、Visual Basic .NET API
    • LabVIEW、MATLABならびにµManagerサードパーティーソフトウェア
  • 方位角は筐体に刻印
  • 開口部はSM1ネジ付き、標準的なCマウント用アダプタが付属
  • 30 mmケージシステムに取付け可能

当社の偏光検出型のKiralux™カメラCS505MUPは、オンチップのマイクロレンズとフォトダイオードの間に偏光子アレイを有する、5.0メガピクセルモノクロCMOSセンサです。ワイヤーグリッド偏光子アレイは、透過軸が0°、 45°、-45°、90°の4種類の偏光子の繰り返しパターンで構成されており、センサーチップのマイクロレンズアレイとフォトダイオードの間に置かれています。この偏光子アレイと画像処理ソフトウェアにより、画素の大きさレベルで偏光度(DoLP)、方位角、および強度を表す画像を生成することができます。これらの機能を利用することで、例えば応力誘起の複屈折性検出、表面反射の測定、材料検査など、偏光を利用した多くの先進技術を実現できます。筐体にはアライメントしやすいよう偏光の方位が刻印されています

フル解像度の静止画はこちらからご覧いただけます。.
この偏光度 (DoLP、フォールスカラーで表示) の動画は、プラスチック製のハンドルに偏光した光を照射し、そのハンドルの曲がる様子を偏光カメラCS505MUPで観察したものです。ThorCam、ImageJ、または他のサイエンティフィックイメージングソフトウェアを使用することで、このようなフル解像度の16ビット画像をご覧いただくことができます。一般的なイメージビュワーではこれらのイメージは正しく表示されません。

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またこのカメラの読み出しノイズは非常に小さく、感度が高いため、要件の厳しいイメージング用途にも適しています。グローバルシャッタにより全視野を同時に走査するため、高速に移動する物体のイメージングも可能です。コンパクトな筐体はセンサの温度管理がパッシブに行われるように設計されており、そのため冷却ファンや熱電冷却(TEC)素子を使用せずに暗電流を低減することができます。

カメラ本体の上部に刻印されている線はセンサのおおよその軸位置を示しています。各CMOSカメラにはUSB 3.0インターフェイスが付いており、ほとんどのPCに接続できます。また、Windows 7および10で動作するThorCamソフトウェアも付属しています。開発者の方はフル機能のAPIおよびSDKをご利用いただけます。

カメラCS505MUPにはARコーティングされたウィンドウが付いていますが、これは厚さ4 mm以下のØ25 mm(Ø1インチ)光学素子と交換することが可能です。開口部にはØ25 mm～Ø25.4 mm(Ø1インチ)レンズチューブに対応するSM1ネジが付いています。ここには調整可能なCマウントアダプタが装着された状態で出荷されるため、到着後すぐに様々な顕微鏡やマシンビジョン用カメラレンズ、Cマウントエクステンションチューブなどを取り付けることができます。当社の30 mmケージシステムに取り付けるための4つのタップ穴(#4-40)も付いています。また、筐体の両側にある2つの1/4"-20タップ穴には、インチ規格のØ1インチ台座付きポストまたはピラーポストを取り付けられます。このように取付方法に柔軟性があり、またサイズもコンパクトであるため、偏光検出がｔCMOSカメラCS505MUPはカスタムイメージングシステムへの組み込みに適しています。

カメラの取付機能

Compact CMOS camera
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Cマウントアダプタおよびロッキングリングを取り外すとSM1ネジが露出します。このネジを用いると、当社の標準的な部品を使用してカスタム仕様のアセンブリを構築できます。
Low Noise CMOS Camera
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この小型サイエンティフィックカメラにはマシンビジョン用レンズMVL50M23を取り付けられます。
Low Noise CMOS Camera
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開口部のSM1ネジを用いてSM1レンズチューブを取り付けられます。
Low Noise CMOS Camera
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ケージロッド用の4つのタップ穴(#4-40)を用いて30 mmケージシステムを取り付けられます。この写真では、Cマウントネジ付きケージプレートCP13(/M)を取り付けています。
Item #aCS505MUP
Sensor TypeMonochrome CMOS with Wire Grid Polarizer Arrayb
Effective Number of Pixels
(Horizontal x Vertical)		2448 x 2048
Imaging Area (Horizontal x Vertical)8.4456 mm x 7.0656 mm
Pixel Size3.45 µm x 3.45 µm
Optical Format2/3" (11 mm Diagonal)
Max Frame Rate35 fps (Full Sensor)
ADCc Resolution12 Bits
Sensor Shutter TypeGlobal
Peak Quantum Efficiency72% from 525 to 580 nm (Typical)
Read Noise<　2.5 e- RMSd
Full Well Capacity≥10 000 e-
Exposure Time0.027 ms to 14235 ms in ~0.013 ms Increments
Pixel Clock Speed198 MHz
Vertical and Horizontal Hardware Binning1 x 1 to 16 x 16
Region of Interest (ROI)260 x 4 Pixelse to 2448 x 2048 Pixels, Rectangular
Dynamic RangeUp to 71 dB
Lens MountC-Mount (1.000"-32)
Mounting FeaturesTwo 1/4"-20 Taps for Post Mounting
30 mm Cage Compatible
Removable OpticWindow, Ravg < 0.5% per Surface (400 - 700 nm)
USB Power Consumption3.6 W @ 35 fps (Full Sensor ROI)
Ambient Operating Temperature10 °C to 40 °C (Non-Condensing)
Storage Temperature0 °C to 55 °C
  • ここに示す性能は「ソフトウェア」タブの表に記載されている推奨仕様を満たすPCを使用した場合に有効です。
  • ワイヤーグリッド偏光子アレイは、透過軸が0°、 45°、-45°、90°の4種類の偏光子の繰り返しパターンで構成されており、センサーチップのマイクロレンズアレイとフォトダイオードの間に置かれています。詳細については右下の図をご覧ください。
  • ADC = Analog-to-Digital Converter(アナログ‐デジタル コンバータ)
  • 未処理画像についての仕様値
  • 1 x 1ビニングを使用した場合
Example Frame Rates at 1 ms Exposure Timea,b
Region of InterestFrame Rate
Full Sensor (2448 x 2048)35 fps
Half Sensor (1224 x 1024)68 fps
~1/10 Sensor (260 x 208)290 fps
Minimum ROI (260 x 4)887.6 fps
  • 1 x 1ビニング、Frames per Trigger(トリガ毎のフレーム数)=連続
  • ここに示す性能は「ソフトウェア」タブの表に記載されている推奨仕様を満たすPCを使用した場合に有効です。
Compact Scientific CMOS Camera Mechanical Drawing
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Kiralux™カメラの筐体の概略図
Quantum Efficiency Plot
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生データはこちらからダウンロードいただけます。
このグラフはCMOSセンサの量子効率を示しています。
Extinction Ratio Plot
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生データはこちらからダウンロードいただけます。
このグラフはオンチップの4方向ワイヤーグリッド偏光子アレイの消光比(ER)を示しています。消光比(ER)は、評価する上で十分な偏光比を有する直線偏光を入射したときに得られる、最大透過率の最小透過率に対する比率です。偏光子の透過軸に対して入射光の偏光方向が平行のときに最大透過率が得られ、そこから偏光子を90°回転させると最小透過率が得られます。
Polarization Camera Sensor
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ワイヤーグリッド偏光子アレイは、透過軸が0°、 45°、-45°、90°の4種類の偏光子の繰り返しパターンで構成されており、センサーチップのマイクロレンズアレイとフォトダイオードの間に置かれています。偏光子をマイクロレンズアレイの前面に配置するのに対して、マイクロレンズとフォトダイオードの間に組み込むことで隣接する偏光子間のクロストークを最小化することができ、アライメントの精度が向上します。
Polarization Camera Sensor
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4方向ワイヤーグリッド偏光子アレイは、センサーチップのマイクロレンズアレイとフォトダイオードの間に置かれています。
Wire Grid Polarizer
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ワイヤーグリッド偏光子ではワイヤに垂直な電界ベクトルの光は透過し、ワイヤに平行な電界ベクトルの光は反射します。

偏光カメラの特長

  • 4方向ワイヤーグリッド偏光子アレイを組み込んだCMOSセンサ
  • ThorCam™ ソフトウェアによる偏光イメージングモードの種類
    • Intensity(光パワー) / ストークスベクトルS0　
    • Degree of Linear Polarization(直線偏光度、DoLP)　
    • Azimuth(方位角)/直線偏光角度(AoLP)　
    • Unprocessed(未処理の生画像)
    • QuadView(未処理、偏光により4分割)

偏光カメラCS505MUPのイメージセンサには、像の直線偏光状態を検出するためのマイクロ偏光子アレイが組み込まれています。偏光子はマイクロレンズとフォトーダイオードの間に組み込まれています。偏光子アレイをマイクロレンズアレイの前面に置いたときと比較して、この配置によりクロストークが最小化され、また偏光子の方向とそれに対応するピクセルとのアライメント精度も向上します。偏光子アレイはセンサーの上に直接作成されたワイヤーグリッド偏光子で形成されており、モザイク状のパターンで配列されています(右端の図をご覧ください)。これらの偏光子は平行な金属ワイヤのアレイで構成されており、ワイヤに垂直な電界ベクトルの光は透過し、ワイヤに平行な電界ベクトルの光は反射します(上の図をご覧ください)。各ピクセルは45°、0°、 45°、-90°の4種類の直線偏光子のうちの1つで覆われる形になります。これらのピクセルからの出力を用いて、各ピクセルに入射された光の3つの偏光パラメータである強度、偏光度、および方位角を算出します。

下の図では、プラスチック製のレーザ保護メガネのヒンジ部分の画像と、車のウィンドシールドからの反射光の測定についてご紹介しています。 左上はIntensity(強度)モードで取得した画像で、右上と左下のソフトウェアのスクリーンショットはDoLP(偏光度)およびAzimush(方位角)のイメージモードで取得しています。偏光カメラの操作と偏光画像についての詳細は、ThorCamユーザーガイド(ソフトウェア関連資料に付属。下の赤い()アイコンをクリックしてダウンロードも可能です)をご参照ください。なお、画像は選択されたモードで保存されますが、そのモードにおいて適用されたすべての処理情報も保存されます。画像処理を別個に行いたい場合は、Unproceesed(未処理)あるいはQuadView(4分割)モードで保存してください。

下でダウンロードできるフル解像度画像のような高ビット深度の画像は、ThorCam、ImageJ、または他のサイエンティフィックイメージングソフトウェアを使用してご覧いただくことができます。一般的なイメージビュワーではこれらのイメージは正しく表示されません。


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プラスチック製メガネのヒンジ部分のIntensity(強度)画像
こちらからフル解像度画像がご覧いただけます

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ThorCam画面、DoLP(偏光度)モード
こちらからフル解像度画像がご覧いただけます。

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ThorCam画面、Azimuth(方位角)モード
こちらからフル解像度画像がご覧いただけます。

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ThorCam画面、QuadView(4分割)モード

カメラ背面パネルのコネクタの配置図

Compact Scientific Back Panel
I/Oコネクタのピン配列については、下記の補助(I/O)コネクタをご参照ください。

ブレイクアウトボードTSI-IOBOBおよびTSI-IOBOB2のコネクタ

Camera Link Back Panel Layout
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TSI-IOBOB
TSI-IOBOB2
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TSI-IOBOB2
TSI-IOBOBおよびTSI-IOBOB2のコネクタコネクタ8050-CAB1カメラの補助(I/O)ポート
6 Pin Mini Din Female Connector
メス型6ピン Mini Dinメス型コネクタ
6 Pin Mini Din Male Connector
オス型6ピン Mini Dinオス型コネクタ (ケーブルのTSI-IOBOB側端)
12 Pin Hirose Male Connector
オス型12ピンHiroseコネクタ(ケーブルのカメラ側端)
12 Pin Hirose Female Connector
メス型12ピンHiroseコネクタ(カメラの補助ポート)

補助(I/O)コネクタ

カメラとブレイクアウトボードのコネクタはメス型で、カメラには12ピンHiroseコネクタ、ブレイクアウトボードには6ピン Mini Dinコネクタが付いています。ケーブル8050-CAB1の両端には何れもオス型のコネクタが付いており、カメラには12ピンのコネクタ、ブレイクアウトボードには6ピン Mini Dinコネクタを接続します。ピン1、2、3、5、6はそれぞれブレイクアウトボード上のSMAコネクタの中心ピンに接続され、ピン4(接地端子)は各SMAコネクタの筐体に接続されます。8050-CAB1では使用されていないI/O機能をご入用の場合は、カメラがCEならびにFCCコンプライアンスに準拠するようシールドケーブルを加工する必要があります。詳しくはカメラのマニュアルをご覧ください。

Camera I/O
Pin #		TSI-IOBOB and TSI-IOBOB2
Pin #		SignalDescription
1-GNDカメラ信号用アース
2-GNDカメラ信号用アース
3-GNDカメラ信号用アース
46STROBE_OUT
(Output)		連続多重露光モードで動作しているとき、実際にセンサが露光されている間はHighとなるLVTTL出力。一般に、外付けストロボやその他のデバイスをカメラと同期させるのに使用されます。
53TRIGGER_IN
(Input)		露光開始のトリガに使用されるLVTTL入力。極性(HighからLow、またはLowからHigh)はThorCamで選択でき、初期値はLowからHighになっています。
61LVAL_OUT
(Output)		「Line Valid(ライン有効)」の略。アクティブハイ(正論理)のLVTTL信号で、各ラインのピクセルが有効のときにアサートされます。各ライン間ならびに各フレーム間ではLowに戻ります。
7-OPTO I/O_OUT STROBE
(Output)		光学的に絶縁された出力信号。2.5 V～20 Vの外部電圧に対するプルアップ抵抗を付けてください。このプルアップ抵抗は、ピンに流れる電流が40 mA以下に制限できるものにしてください。ピン7に出力される信号はSTROBE_OUT信号に初期設定されていますが、これは実質的にトリガ出力信号になります。
8-OPTO I/O_RTNOPTO I/O_OUT出力およびOPTO I/O_IN入力のリターン接続。この端子は、OPTO I/O_OUT信号の場合はプルアップ電源に、OPTO I/O_IN信号の場合は駆動電源に接続する必要があります。.
9-OPTO I/O_IN
(Input)		トリガ露光に使用される光学的に絶縁された入力信号。3.3 V～10 Vの駆動電源の供給が必要。内部の直列抵抗により、10 Vにおいて電流は50 mA以下に制限されます。
104GNDカメラ信号用アース
11-GNDカメラ信号用アース
125FVAL_OUT
(Output)		「Frame Valid(フレーム有効)」の略。ライン読出しがアクティブ時にはHigh、フレーム間ではLowに戻るLVTTL出力信号。
Scientific Camera, Cables, and Accessories
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小型サイエンティフィックカメラと付属するアクセサリ

小型サイエンティフィックカメラには下記のアクセサリが付属します。

  • USB 3.0ケーブル(Micro B-A)
  • 光学アセンブリを緩めるためのレンチ(型番SPW502)
  • レンズマウント用ダストキャップ
  • ThorCamソフトウェアのCD　
  • クイックスタートガイド、マニュアルダウンロード情報カード

ThorCam™

ThorCamは強力な画像取得ソフトウェアパッケージで、当社のカメラを32ビット版または64ビット版のWindows®7または10で使用できるように設計されています。直観的で使いやすいグラフィカルインターフェイスによるカメラ制御や、イメージの取得・再生が可能です。シングルイメージキャプチャとイメージシーケンスをサポートしています。ソフトウェアの基本的な機能については、下記のスクリーンショットをご覧ください。

アプリケーションプログラミングインターフェイス(API)とソフトウェア開発キット(SDK)が付属しているため、OEMや開発者向けのカスタム用途にもお使いいただけます。SDKは、C、C++、C#、Python、Visual Basic .NETなど幅広いプログラミング言語に対応しています。また、LabVIEW、MATLAB、µManager*などのサードパーティソフトウェアパッケージもサポートしています。またブレイクアウトボードTSI-IOBOB2用のArduinoのコード例もご提供しています。

*µManagerによる制御は、現在はZelux および1.3 MP Kiraluxカメラではサポートされていません。Kiralux偏光検出型カメラをµManagerで操作した場合、取得できるのは強度画像のみです。偏光情報を含めた画像を生成するにはThorCamソフトウェアを使用する必要があります。

Recommended System Requirementsa
Operating SystemWindows® 7 or 10 (64 Bit)
Processor (CPU)b≥3.0 GHz Intel Core (i5 or Higher)
Memory (RAM)≥8 GB
Hard Drivec≥500 GB (SATA) Solid State Drive (SSD)
Graphics CarddDedicated Adapter with ≥256 MB RAM
MotherboardUSB 3.0 (-USB) Cameras: Integrated Intel USB 3.0 Controller
or One Unused PCIe x1 Slot (for Item # USB3-PCIE)
GigE (-GE) Cameras: One Unused PCIe x1 Slot
ConnectivityUSB or Internet Connectivity for Driver Installation
  • 要件の厳しい用途においてフレーム落ちを最小限に抑える方法については、下記の性能に関する注意点をご参照ください。
  • Intel Core i3プロセッサならびにIntelのモバイル向けプロセッサでは、要求を満たさない場合があります。
  • イメージシーケンス保存中に安定したストリーミングを実現するためには、SSD(ソリッドステートドライブ)の使用をお勧めいたします。
  • Intel Core i5ならびにi7プロセッサのオンボードグラフィックスソリューションも対応可能です。

ソフトウェア

バージョン3.4.0

下のボタンをクリックしてThorCamソフトウェアのページにアクセスしてください。

Software Download

ボードTSI-IOBOB2用のArduinoコードの例

下のボタンをクリックしてArduino用シールドTSI-IOBOB2のサンプルプログラムのダウンロードページにアクセスしてください。サンプルプログラムは3種類ご用意しております。

  • 1 Hzのレートでカメラをトリガする
  • 最大レートでカメラをトリガする
  • ArduinoからのダイレクトAVRポートマッピングを使用してカメラの状態やトリガ取得をモニタする
Software Download

色付きの枠で囲まれた部分をクリックするとThorCamの特長がご覧いただけます。

Thorcam GUI Window

カメラ制御およびイメージ取得

カメラ制御およびイメージ取得機能は、ウィンドウの上にあるアイコン(上の画像中のオレンジの枠内)から実行できます。カメラパラメータの設定は、ツールアイコンをクリックすると表示されるポップアップウィンドウ内で行えます。スナップショットボタンを押すと、現在のカメラ設定を使用したシングルイメージが取得できます。

キャプチャスタート/ストップボタンを押すと、トリガイメージなどのカメラ設定に基づいたイメージキャプチャを開始します。

時系列および像系列のレビュー

図1のような時系列制御により、低速度画像の記録ができます。画像の総数とキャプチャ間の遅延時間を設定してください。出力結果は、高精度の無修正画像データとして保存するために、マルチページTIFFファイルとして保存されます。ThorCam内で、画像のシークエンス再生やフレームごとのコマ送り再生が可能です。

測定および注釈機能

上の画像の黄色い枠内にあるように、ThorCamには注釈および測定機能が多数内蔵されています。これは取得後の画像を分析する際に役立ちます。直線、長方形、円およびフリーハンドによる図形を画像上に描くことができます。注釈マークを付けた位置には文字を入力できます。また、測定モードでは対象とする2点間の距離を計測できます。

上の画像内の赤、緑、青の枠で囲まれた部分に、ライブ画像および取得済み画像に関する情報を表示させることができます。

ThorCamには計数機能も内蔵されており、画像内の対象点に印をつけてその数を計数することができます(図2参照)。画像の中心に固定されている十字のターゲットが基準点となります。

サードパーティアプリケーションおよびサポート

ThorCamは、LabVIEW、MATLAB、.NET.などのサードパーティソフトウェアパッケージもサポートしています。LabVIEWとMATLABは32ビット版ならびに64ビット版の両方をサポートいたします。当社カメラに付属する解説付きのフル機能APIを使えば、カメラを効率的にフルカスタマイズできます。

Thorcam Software Screenshot
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図1:1秒間隔で撮影された10枚の時系列画像が、マルチページTIFFファイルとして保存されます。
Thorcam Software Screenshot
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図2: ThorCamソフトウェアのスクリーンショット。計数機能によって画像内の3地点がマークされています。測定機能によって左下の直線が付加されています。直線の上には対象点間の距離がピクセル単位で表示されています。

 

性能に関する注意点

イメージシーケンスをディスクに保存するときに、システム性能が十分でないと「フレーム落ち」が発生する可能性がありますのでご注意ください。ホストシステムがカメラの出力データストリームを処理する能力は、ホストシステムの様々な特性に依存します。なお、USBハブを使用すると性能に影響を与える可能性があります。PCとは専用のケーブルで接続することをお勧めいたします。USB 2.0による接続はサポートされておりません。

まず、カメラのフレームレートと、ホストPCが画像を表示する能力およびフレーム落ちせずにディスクにストリーミングする能力とを区別することが重要です。カメラのフレームレートは露光および読み出し(例えば、クロックやROI)パラメータに依存します。ユーザによって設定された画像取得パラメータに基づいて、カメラのタイミング機能はデジタルカウンタのように動作し、1秒間にある特定の数のフレームを生成します。画像を表示するときは、このデータがPCのグラフィックシステムによって処理され、画像や動画を保存するときにはディスクに転送されます。この時、ハードドライブの速度が十分でないとフレーム落ちが発生します。

この問題に対する解決策の一つとして、ソリッドステートドライブ(SSD)のご使用をお勧めいたします。PCのそれ以外の仕様が十分であれば、多くの場合はこれによって解決します。SSDへの書き込み速度は、データのスループットを処理するのに十分なものでなければなりません。

大きなフォーマットの画像を早いフレームレートで処理する場合には、より速いスピードが必要な場合があります。その場合は、複数のSSDを用いてRAID0を構成するか、あるいはRAMドライブを使うといった方法が考えられます。後者の方法では保存スペースがPC上のRAMで制限されてしまいますが、実現可能な方法としては最も高速なものです。ImDiskは、無料のRAMディスク作製用ソフトウェアパッケージの一例です。RAMドライブは揮発性メモリであることにご注意ください。従って、データの損失を防ぐために、PCを再起動またはシャットダウンする前に、必ずデータをRAMドライブから不揮発性のハードドライブに移動させることが重要です。

Pixel PeekVertical and Horizontal Line ProfilesHistogramCamera Control IconsMeasurement and Annotation FunctionsMeasurement and Annotation Functions

カメラのトリガ操作

当社のサイエンティフィックカメラには3種類の外部トリガモード(ストリーミングオーバーラップ、非同期トリガ、バルブ撮影)があります。動作には外部で生成したトリガーパルスが必要です。トリガーモードは利得やオフセットと同様に、読み出し設定(例:ビニング)とは独立に動作します。下の図1～3はこれらのトリガーモードのタイミング図です。アクティブロー外部TTLトリガを想定しています。

Camera Timing Diagram
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図1:ストリーミングオーバーラップ露光モード 外部トリガ信号がローになると、露光が始まり、ソフトウェアで選択した時間の間露光し、読み出されます。このシーケンスは設定された時間間隔で繰り返されます。後続の外部トリガは、カメラ動作が停止するまで無視されます。TTL信号の定義は「ピン配列」タブをご参照ください。
Timing Diagram
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図2:非同期トリガ画像取得モード 外部トリガ信号がローになると、プリセットされた時間の間露光がはじまり、カメラで読み出されます。読み出し時間の間、外部トリガは無視されます。1つの読み出しが終わると、カメラは外部トリガ信号がローになったときのみ次の露光を始めます。
Camera Timing
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図3:バルブ露光モード 外部トリガ信号がローになると露光が始まり、ハイになると露光が終わります。カメラの読み出し中のトリガ信号は無視されます。

CMOSカメラに特有なタイミングに関する考慮事項

当社のCMOSセンサーカメラの一般的な動作特性とシステム固有の伝搬遅延により、上記のタイミングに関して下記の事項を考慮する必要があります。

  1. 外部トリガから露光開始およびストローブ信号出力までの遅延時間は、すべてのトリガモード(標準およびPDX/Bulb)において270 ns(典型値)です。
  2. PDX/Bulbモードによる露光の場合、露光開始の270 nsの遅延時間のほかに、外部トリガの立ち下がりエッジの後に13.72 μsの積分時間が発生します。この時間はこのセンサの動作に固有のものです。Strobe_out信号にはこの13.72 μsの積分時間の効果が含まれているため、Strobe_out信号は実際の露光時間により近い時間を表しています。当社では、露光時間はStrobe_out信号を用いて測定し、PDXモードのトリガーパルスはその結果に基づいて調整することをお勧めします。

外部トリガ

Camera Triggering in ThorCam Software
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図4:ThorCamカメラの設定画面。赤と青の枠内ではトリガの設定を示しています。

外部トリガ機能により、カメラをほかの外部接続装置と同期させる必要のあるシステムに簡単に組み込むことができます。ストローブ出力がハイの状態は露光していることを示します。従ってストローブ信号は外部機器とカメラの露光を同期させるためのシステムを構成するのに利用できます。外部トリガはカメラの補助ポートへの接続が必要です。当社では補助ケーブル8050-CAB1を別途ご用意しております。個々の信号を分岐する製品は2種類あります。TSI-IOBOBには、各信号用にSMAコネクタが付いています。また、TSI-IOBOB2には、SMAコネクタのほかにArduinoボード用のシールド機能が付いており、その他の周辺機器の制御が可能です。これらのアクセサリの詳細については下記をご覧ください。

トリガの設定はThorCamソフトウェアで調整可能です。図4は、カメラの設定画面です。赤枠と青枠内がトリガの設定画面です。設定は以下の通り調整できます。

  • 「Hardware Trigger」(赤枠内)を「None」に設定したとき:ThorCamのキャプチャーボタンを押すと、カメラは単純に「Frames per Trigger」に設定されたフレーム数を取得します。
  • 「Hardware Trigger」を「Standard」に設定したとき:2通りのモードがあります。
    • 「Frames per Trigger」(青枠内)がゼロ、または＞1の場合:カメラはストリーミングオーバーラップ露光モードで動作します(図1参照)。
    • 「Frames per Trigger」が1の場合:カメラは非同期トリガ画像取得モードで動作します(図2参照)。
  • 「Hardware Trigger」を「Bulb (PDX) Mode」に設定したとき:カメラはバルブ露光モード(｢パルス駆動露光(PDX)モード｣とも呼ばれる)で動作します(図3参照)。

またトリガの極性は「Hardware Trigger Polarity」 (図4の赤枠内) で「On High」(立ち上がりエッジで露光開始)または「On Low」(立ち下がりエッジで露光開始)に設定することができます。

 

サイエンティフィックカメラ用アクセサリを使用したカメラのトリガ構成例

Camera Triggering with TSI-IOBOB2 Shield for Arduino
図 5:システムの構築と制御を容易にするTSI-IOBOB2を用いたシステム概略図
図ではQuantalux™ sCMOSカメラの背面パネルが表示されていますが、サイエンティフィックCCDカメラも同様にご使用いただけます。

システム制御にカメラトリガを組み込んだ例が図5で示されています。図では、カメラがArduino用シールド付きブレイクアウトボードTSI-IOBOB2にケーブル8050-CAB1で接続されています。シールドのピンを利用して信号を送ることにより、光源、シャッタならびにモーションコントロールデバイスなどの周辺機器を同時制御することも可能です。制御プログラムをArduinoボードに書き込んだ後、ホストPCからUSB接続を取り外せば、スタンドアローンのシステム制御が可能なプラットフォームとなります。またUSBを接続したままにすればArduinoとPCの双方向通信が可能となります。外部トリガーモードは上記で説明したとおりThorCamを使用して設定します。

TSI Logo

About Thorlabs Scientific Imaging

Thorlabs Scientific Imaging (TSI) is a multi-disciplinary team dedicated to solving the most challenging imaging problems. We design and manufacture low-noise, high performance scientific cameras, interface devices, and software at our facility in Austin, Texas. In addition, we are leveraging the engineering experience across Thorlabs, a vertically integrated photonics products manufacturer, to bring to market a line of integrated imaging systems, including our forthcoming, patent-pending system for whole-slide scanning.

A Message from TSI's General Manager

As a researcher, you are accustomed to solving difficult problems but may be frustrated by the inadequacy of the available instrumentation and tools. The product development team at Thorlabs Scientific Imaging is continually looking for new challenges to push the boundaries of Scientific Cameras using various sensor technologies. We welcome your input in order to leverage our team of senior research and development engineers to help meet your advanced imaging needs.

Thorlabs' purpose is to support advances in research through our product offerings. Your input will help us steer the direction of our scientific camera product line to support these advances. If you have a challenging application that requires a more advanced scientific camera than is currently available, I would be excited to hear from you.

We're All Ears!

Sincerely,
Jason Mills
Jason Mills
General Manager
Thorlabs Scientific Imaging


Posted Comments:
user  (posted 2020-03-31 07:49:16.56)
Hi are you planning to release NIR-Enhanced Polarization Camera?
YLohia  (posted 2020-03-31 10:28:09.0)
Thank you for contacting Thorlabs. While we currently do not have any plans of releasing an NIR-enhanced version of the CS505MUP, we did just release the CS135MUN, which is an NIR-Enhanced CMOS Camera.
Yaonan Hou  (posted 2020-02-18 08:18:11.753)
Hello, I bought this polarization camera for use. Can you arrange a technical support to contact me. I need some help in extracting data from the the images (e.g. the image i got from Azimuth is not angles but intensities.). Thanks. Best regards, Yaonan
llamb  (posted 2020-02-20 11:24:04.0)
Hello Yaonan, thank you for contacting Thorlabs. For future reference, you can reach out directly to your local Thorlabs Tech Support team for direct assistance: +44 (0) 1353-654635 or techsupport.uk@thorlabs.com for you in particular. A representative will reach out to you soon to help. For extracting image data for these cameras in general, there is more information in section 4.3.2 of the User Manual discussing the expressed polarization values.
Scientific Camera
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当社の小型サイエンティフィックカメラ、およびサイエンティフィックCCDカメラの筐体

特長

  • サイエンティフィックカメラの種類
    • Zelux™ CMOS 1.6メガピクセルモノクロまたはカラーセンサ
      • 外部トリガ入力付きまたは無しのモデルをご用意
    • Kiralux™CMOSセンサ
      • 1.3、2.3、5、8.9メガピクセル
      • モノクロ、カラー、近赤外強化、偏光検出型
    • Quantalux®sCMOS2.1メガピクセルモノクロセンサ
    • サイエンティフィックCCDカメラ
      • 高速フレームレートVGA、1.4メガピクセル、4メガピクセル、または8メガピクセル
      • モノクロまたはカラーセンサ
      • 8 メガピクセルモノクロCCDモデル、センサーフェイスプレート無し
  • 高量子効率
  • 低読み出しノイズ
  • ソフトウェアで選択可能なピクセルクロック速度
  • 関心領域(ROI)やビニングモード
  • 32-および64-Bit Windows®7、10をサポート
  • 非同期、トリガ式、バルブ露光モード
  • SDKおよびプログラミングインターフェイスは下記をサポート
    • C、C++、C#、Python、Visual Basic .NET API
    • LabVIEW、MATLAB、µManager*によるサードパーティーソフトウェア

当社ではZelux™、Kiralux™、Quantalux®ならびにサイエンティフィックCCDの4つのシリーズのサイエンティフィックカメラをご提供しております。Zeluxカメラは汎用的なイメージング向けで、設置面積が小さいながら高いイメージング性能を発揮します。Kiraluxカメラは同じコンパクトな筐体にCMOSセンサが納められており、モノクロ、カラー、近赤外強化型および偏光検出型がございます。偏光検出型Kiraluxカメラにはマイクロ偏光子アレイが組み込まれており、ThorCam™ソフトウェアパッケージを使用すると、直線偏光度、方位角、およびピクセルレベルでの強度を表す画像を取得することができます。QuantaluxモノクロsCMOSカメラは、低光量でも使用できるように広いダイナミックレンジと低い読み出しノイズという特徴を有しており、またKiraluxカメラと同様に、パッシブ冷却方式のコンパクトな筐体に納められています。 当社のサイエンティフィックCCDカメラには、UV、可視、近赤外の各波長域用に最適化されたモデル、高フレームレートのカメラ、TE冷却素子付きまたは非冷却式の筐体、センサーフェイスプレートの無いモデルなど、様々な特徴を備えたモデルがございます。下の表では当社のカメラのラインナップの概要がご覧いただけます。

*µManagerによる制御は、現在はZelux および1.3 MP Kiraluxカメラではサポートされていません。Kiralux偏光検出型カメラをµManagerで操作した場合、取得できるのは強度画像のみです。偏光情報を含めた画像を生成するにはThorCamソフトウェアを使用する必要があります。

Compact Scientific Cameras
Camera TypeZelux™ Kiralux™ Quantalux®
1.6 MP CMOS1.3 MP CMOS2.3 MP CMOS5 MP CMOS8.9 MP CMOS2.1 MP sCMOS
Item #Monochrome: CS165MUa
Color: CS165CUa		NIR Enhanced: CS135MUN
Monochrome: CS135MU
Color: CS135CU		Monochrome: CS235MU
Color: CS235CU		Monochrome: CS505MU
Color: CS505CU
Polarization: CS505MUP		Monochrome: CS895MU
Color: CS895CU		Monochrome:
CS2100M-USB
Product Photos
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Electronic ShutterGlobal ShutterGlobal ShutterRolling Shutterb
Sensor TypeCMOSCMOSsCMOS
Number of Pixels
(H x V)		1440 x 10801280 x 10241920 x 12002448 x 20484096 x 21601920 x 1080
Pixel Size3.45 µm x 3.45 µm4.8 µm x 4.8 µm5.86 µm x 5.86 µm3.45 µm x 3.45 µm5.04 µm x 5.04 µm
Optical Format1/2.9"
(6.2 mm Diagonal)		1/2"
(7.76 mm Diagonal)		1/1.2"
(13.4 mm Diagonal)		2/3"
(11 mm Diagonal)		1"
(16 mm Diagonal)		2/3"
(11 mm Diagonal)
Peak Quantum Efficiency
(Click for Plot)		Monochrome:
69% at 575 nm

Color:
 Click for Plot		NIR:
60% at 600 nm

Monochrome:
59% at 550 nm

Color:
Click for Plot		Monochrome:
78% (at 500 nm)

Color:
Click for Plot		Monochrome & Polarization:
72% (Over 525 to 580 nm)

Color:
Click for Plot		Monochrome:
72% (Over 525 to 580 nm)

Color:
Click for Plot		Monochrome:
61% (at 600 nm)
Max Frame Rate
(Full Sensor)		34.8 fps92.3 fps39.7 fps35 fps20.8 fps50 fps
Read Noise< 4.0 e- RMS< 7.0 e- RMS< 7.0 e- RMS< 2.5 e- RMS< 1 e- Median,
< 1.5 e- RMS
Digital Output (Max)10 Bit10 Bit12 Bit16 Bit
PC InterfaceUSB 3.0
Housing Dimensions
(Click for Details)		0.59" x 1.72" x 1.86"
(15.0 mm x 43.7 mm x 47.2 mm)		2.77" x 2.38" x 1.88"
(70.4 mm x 60.3 mm x 47.6 mm)
Typical ApplicationsGeneral Purpose Imaging
Brightfield Microscopy
Machine Vision & Robotics
UAV, Drone, & Handheld Imaging
Inspection
Monitoring		VIS/NIR Imaging
Electrophysiology/Brain Slice Imaging
Materials Inspection
Multispectral Imaging
Ophthalmology/Retinal Imaging
Vascular Imaging
Laser Speckle Imaging
Semiconductor Inspection
Fluorescence Microscopy
Brightfield Microscopy		Fluorescence Microscopy
Immunohistochemistry (IHC)
Machine Vision
Inspection
General Purpose Imaging		Monochrome & Color:
Fluorescence Microscopy
Immunohistochemistry (IHC)
Machine Vision & Inspection

Polarization:
Machine Vision & Inspection
Transparent Material Detection
Surface Reflection Reduction		Fluorescence Microscopy
Immunohistochemistry (IHC)
Large FOV Slide Imaging
Machine Vision
Inspection		Fluorescence Microscopy
VIS/NIR Imaging
Quantum Dots
Autofluorescence
Materials Inspection
Multispectral Imaging
  • こちらの型番はZeluxシリーズ製品となります。これらのカメラには外部トリガ機能の有るタイプと、無いタイプがございます。
  • このローリングシャッタには、照明が均一になるようにカメラと光源を同期させるEqual Exposure Pulse(EEP)モードが付いています。
Scientific CCD Cameras
Camera TypeFast Frame Rate VGA CCD1.4 MP CCD4 MP CCD8 MP CCD
Item # PrefixMonochrome:
340M		UV-Enhanced
Monochrome:
340UV		Monochrome: 1501M
Color: 1501C		Monochrome: 4070M
Color: 4070C		Monochrome: 8051M
Color: 8051C		Monochrome,
No Sensor Face Plate: S805MU
Product Photo
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Electronic ShutterGlobal Shutter
Sensor TypeCCD
Number of Pixels
(H x V)		640 x 4801392 x 10402048 x 20483296 x 2472
Pixel Size7.4 µm x 7.4 µm6.45 µm x 6.45 µm7.4 µm x 7.4 µm5.5 µm x 5.5 µm
Optical Format1/3" (5.92 mm Diagonal)2/3" (11 mm Diagonal)4/3" (21.4 mm Diagonal)4/3" (22 mm Diagonal)
Peak QE
(Click for Plot)		55%
(at 500 nm)		10%
(at 485 nm)		Monochrome: 60% (at 500 nm)
Color: Click for Plot		Monochrome: 52% (at 500 nm)
Color: Click for Plot		Monochrome: 51% (at 460 nm)
Color: Click for Plot		51% (at 460 nm)
Max Frame Rate
(Full Sensor)		200.7 fps (at 40 MHz
Dual-Tap Readout)		23 fps (at 40 MHz
Single-Tap Readout)		25.8 fps (at 40 MHz
Quad-Tap Readout)a		17.1 fps (at 40 MHz
Quad-Tap Readout)b		17.1 fps (at 40 MHz
Quad-Tap Readout)
Read Noise< 15 e- at 20 MHz< 7 e- at 20 MHz (Standard Models)
< 6 e- at 20 MHz (-TE Models)		< 12 e- at 20 MHz< 10 e- at 20 MHz
Digital Output (Max)14 Bitc14 Bit14 Bitc14 Bit
Available Fanless CoolingPassive Thermal Management-20 °C at 20 °C Ambient Temperature-10 °C at 20 °C AmbientPassive Thermal Management
Available PC InterfacesUSB 3.0 or Gigabit EthernetUSB 3.0
Housing Dimensions
(Click for Details)		Non-Cooled Scientific
CCD Camera		Cooled Scientific CCD Camera
Non-Cooled Scientific CCD Camera		No Face Plate Scientific
CCD Camera
Typical ApplicationsCa++ Ion Imaging
Particle Tracking
Flow Cytometry
SEM/EBSD
UV Inspection		Fluorescence Microscopy
VIS/NIR Imaging
Quantum Dots
Multispectral Imaging
Immunohistochemistry (IHC)
Retinal Imaging		Fluorescence Microscopy
Transmitted Light Micrsoscopy
Whole-Slide Microscopy
Electron Microscopy (TEM/SEM)
Inspection
Material Sciences		Fluorescence Microscopy
Whole-Slide Microscopy
Large FOV Slide Imaging
Histopathology
Inspection
Multispectral Imaging
Immunohistochemistry (IHC)		Beam Profiling & Characterization
Interferometry
VCSEL Inspection
Quantitative Phase-Contrast Microscopy
Ptychography
Digital Holographic Microscopy
  • 40 MHz、2タップ読み出しのギガビットイーサネットカメラの場合は最大13 fpsです。ギガビットイーサネットカメラでは4タップの読み出し機能はありません。
  • 40 MHz、2タップ読み出しのギガビットイーサネットカメラの場合は最大8.5 fpsです。ギガビットイーサネットカメラでは4タップの読み出し機能はありません。
  • 2タップ読み出しモードで動作するギガビットイーサネットカメラのデジタル出力は最大12ビットです。

Kiralux™偏光カメラ、5.0メガピクセルモノクロCMOSセンサ

+1 数量 資料 型番 - ユニバーサル規格 定価(税抜) 出荷予定日
CS505MUP Support Documentation
CS505MUPKiralux™偏光カメラ、5.0メガピクセルモノクロCMOSセンサ、 USB 3.0インターフェイス
￥482,040
3-5 Days

サイエンティフィックカメラ用アクセサリ

TSI-IOBOB2 Diagram
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Arduinoに接続されたTSI-IOBOB2から小型サイエンティフィックカメラにトリガ信号を送信するときの概要図。
Scientific Camera Signal Processing Board
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Scientific Camera Signal Processing Board
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小型サイエンティフィック(sCMOS、CMOS)カメラまたはサイエンティフィックCCDカメラの補助ポートにつなげると便利なアクセサリをご用意しました。外部からのトリガ入力やオシロスコープを使用したカメラのモニタ、またはほかの機器とカメラの同時制御の際にご使用になれます。

USB3.0カメラ用に、PCに接続する際のPCIe USB3.0カードと予備のケーブルもご用意しております。

補助I/Oケーブル(8050-CAB1)
8050-CAB1の長さは3 mで、当社のサイエンティフィックカメラ*の補助コネクタに接続することにより、外部からカメラのトリガ入力や出力信号のモニタができます。ケーブルの一端はカメラ接続用に12ピンコネクタ(オス)が付いており、もう一端には外部機器接続用に6ピンMini Dinコネクタ(オス)が付いています。このケーブルは、下記のインターコネクトボードとの使用に適しています。ピンの配列については、「ピン配列」タブをご覧ください。

*8050-CAB1は、当社の旧製品1500Mシリーズカメラには対応しません。

インターコネクトボード(TSI-IOBOB)
TSI-IOBOBは、当社のサイエンティフィックカメラの補助ポートに接続したケーブルの6ピンMini Dinコネクタを5つのSMAコネクタに分岐します。それぞれのSMAコネクタにSMAケーブルをつなげて、カメラのトリガ入力を供給する機器や、カメラの状態をモニタする機器を接続することができます。ピンの配置については、「ピン配列」タブをご覧ください。

ブレイクアウトボード/Arduino用(TSI-IOBOB2)
TSI-IOBOB2は、TSI-IOBOBと同様にカメラ信号を分岐します。加えてArduino Uno Rev. 3のフォームファクタをサポートするArduinoボードに取り付けると、シールドとして機能します。カメラの入出力信号は5 V TTLですが、TSI-IOBOB2は双方向ロジックレベルコンバータにより5 Vまたは3.3 Vロジックで動作するArduinoボードに対応します。サイエンティフィックカメラ制御用のサンプルプログラムがソフトウェアのページからダウンロードいただけます。またマニュアル(下の赤いアイコンをクリック)にも記載されています。Arduinoの詳細、またはArduinoボードについてはwww.arduino.ccをご覧ください。

右は、カメライメージングシステムに組み込まれたTSI-IOBOB2ならびにArduinoボードの構成図です。カメラはケーブル8050-CAB1(別売り)によりブレイクアウトボードに接続しています。シールドのピンを利用して信号を送ることにより、光源、シャッタならびにモーションコントロールデバイスなどの周辺機器を同時制御することも可能です。制御プログラムをArduinoボードに書き込んだ後、ホストPCからUSB接続を取り外せば、スタンドアローンのシステム制御が可能なプラットフォームとなります。またUSBを接続したままにすればArduinoとPCの双方向通信が可能となります。TSI-IOBOB2は68.6 mm x 53.3 mmと小さいので、コンパクトなシステムが実現します。

USB 3.0カメラ用アクセサリ(USB3-MBA-118ならびにUSB3-PCIE)
当社ではカメラをPCに接続するUSB3.0 A-Micro Bケーブルもご用意しております(なお、USB3.0カメラにはケーブルが各1本付属しています)。ケーブルの長さは3 mです。Micro Bのコネクタの両側にはカメラのタップ穴に対応するネジが付いており、USBケーブルをカメラの筐体に固定できます。USB 3.0カメラを動作させるときは当社提供のUSB 3.0ケーブルをお使いいただき、固定用のネジをしっかりと締めることをお勧めいたします。高速でデータ転送を行うため、一般のUSB 3.0ケーブルを使用すると問題が発生する場合があります。

USB 3.0に対応するカメラは、ノート型PCやデスクトップ型PCのUSB 3.0ポートに直接接続できます。USB 3.0カメラはUSB 2.0ポートには適合しません。ホスト側のUSB 3.0ポートは多くの場合は青色ですが、黒色の場合もあります。また、一般に高速(SuperSpeed)を表す「SS」マークが付いています。Intel USB 3.0コントローラを内蔵していないPCに対しては、USB 3.0用PCIeカードを別売りでご提供しております。なお、USBハブを使用すると性能に影響する可能性があります。PCとは専用のケーブルで接続することをお勧めいたします。

+1 数量 資料 型番 - ユニバーサル規格 定価(税抜) 出荷予定日
8050-CAB1 Support Documentation
8050-CAB1補助I/Oケーブル、サイエンティフィックCCDカメラ＆小型サイエンティフィックカメラ用
￥9,944
Today
TSI-IOBOB Support Documentation
TSI-IOBOBインターコネクトボード、サイエンティフィックCCDカメラ＆小型サイエンティフィックカメラ用
￥8,965
Today
TSI-IOBOB2 Support Documentation
TSI-IOBOB2Customer Inspired! インターコネクトボード、Arduino用(Arduinoボードは付属しません)
￥12,878
Today
USB3-MBA-118 Support Documentation
USB3-MBA-118USB 3.0 A - Micro Bケーブル、長さ3 m
￥5,030
Today
USB3-PCIE Support Documentation
USB3-PCIEUSB 3.0 PCIeカード
￥8,616
Today
Additional サイエンティフィックカメラ(科学計測用)、高感度カメラ、低ノイズカメラ、CMOSカメラなど
  • サイエンティフィックカメラセレクションガイド

  • 1.3 MP CMOS小型サイエンティフィックカメラ

  • 5.0 MP CMOS小型
    偏光カメラ

  • 1.6 MP CMOS小型サイエンティフィックカメラ

  • 5.0 MP CMOS小型
    サイエンティフィックカメラ

  • 2.3 MP CMOS小型
    サイエンティフィックカメラ

  • 2.1 MP sCMOS小型サイエンティフィックカメラ

  • 8.9 MP CMOS小型サイエンティフィックカメラ

  • CMOSカメラ、Cマウント

  • 高フレームレートVGA CCD
    サイエンティフィックカメラ

  • 1.4 MP CCDサイエンティフィックカメラ

  • 4.0 MP CCDサイエンティフィックカメラ

  • 8.0 MP CCDサイエンティフィックカメラ

  • CCDカメラ、Cマウント

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