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サイエンティフィックカメラ:カスタマイズと製品組み込み用途(OEM用途)向け製造技術


サイエンティフィックカメラ:カスタマイズと製品組み込み用途(OEM用途)向け製造技術


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当社のすべてのサイエンティフィックカメラは、様々な性能検査を実施しています。
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組み立てと検査はクラス10,000のクリーンルームで行っております。

Thorlabs Scientific Imaging(TSI)グループ部門について

米国テキサス州オースティンにあるThorlabs' Scientific Imaging(TSI)グループでは、多分野にわたる経験豊富な研究者やエンジニアが、カメラプラットフォームにおける回路設計、光学設計、機構設計、ファームウェア設計、ソフトウェア開発に携わっています。 sCMOS、CMOS、CCDおよび高フレームレートカメラの豊富なラインナップを数多くの用途向けに展開するとともに(「セレクションガイド」と「カメラの用途」タブをご参照ください)、製品組み込み用途(OEM用途)やシステム設計者のあらゆるニーズへのカスタマイズ対応製品も提供しています。 当社独自かつ多様な技術により、お客様のニーズに合った低ノイズで高性能のサイエンティフィックカメラとその接続デバイスのカスタマイズを行っています。当社の製品ならびにサービスについて詳細は「専門性」のタブをご覧ください。

厳しい品質管理体制

高品質なサイエンティフィックカメラの重要な要件は、信頼性と光学素子の洗浄度であることから、当社のカメラはクラス10,000のクリーンルームで組み立て、検査を行っています(右の写真参照)。光学素子は品質基準を満たすよう検査とクリーニングを実施しています。カメラは組み立て後、広範囲な動作検査を行ないます。性能を確認するためにすべてのカメラで様々な種類の画像を取得します。すべての試験データは各カメラのシリアルナンバで追跡可能です。 よって、システムや研究室、あるいは製造現場において組み込まれるすべてのカメラで高いトレーサビリティを有しています。

組み込み用途(OEM用途)向けやカスタマイズのご依頼について

当社では特定の用途に合わせたカメラを簡単に作製可能です。豊富にご用意している標準サイエンティフィックカメラのほかに、カスタム仕様や製品組み込み用途(OEM用途)向けの製品もご提供しております。この中には高性能カメラ、ボード型カメラ、カスタム仕様のカメラ筐体やソフトウェアなどが含まれます。カメラ付属のAPIにはドキュメントが充実しており、カメラを効率的にフルカスタマイズできます。 特殊な要件、カスタム用途、または当社の製造能力に関するお問い合わせは当社までご連絡ください。

サイエンティフィックカメラのカスタマイズはゼロから、もしくは当社の標準カメラの既存品をベースに始めることができます。すべてのカメラは低光量、高速イメージングシステムに設計可能で、サイズやパッケージ形状、使用環境に対する厳しい要求に合うようカスタマイズもできます。当社では、下の2つのステップを用いることよりこのプロセスをシンプルにしています。既存カメラへのラベル付けや、タイミング回路、機械的変更などの小さな変更はこれらのステップを使用することにより迅速かつ簡単に行えます。ゼロからカスタム仕様のカメラを設計する際には、下記の事柄についてすべて段階を追って説明させていただきます。お客様の特殊なニーズに合わせられるよう、プロセスは簡素化されております。製品組み込み用途(OEM用途)向けにはカンバン方式の製造もご用意しております。

Scientific Camera Catalog PDF

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備えています。パッシブ冷却方式のコンパクトな筐体、またはハーメチックシールされたTE冷却素子付き筐体でご用意しています。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。

Compact Scientific Cameras
Camera TypeZelux™ CMOSKiralux® CMOSQuantalux® sCMOS
1.6 MP1.3 MP2.3 MP5 MP8.9 MP12.3 MP2.1 MP
Item #Monochrome: CS165MUa
Color: CS165CUa
Mono.: CS135MU
Color: CS135CU
NIR-Enhanced
Mono.: CS135MUN
Mono.: CS235MU
Color: CS235CU
Mono.: CS505MU
Color: CS505CU
Polarization:
CS505MUP
Mono.:
CS895MU
Color:
CS895CU
Mono.:
CS126MU
Color:
CS126CU
Monochrome,
Passive Cooling: CS2100M-USB
Active Cooling: CC215MU
Product Photos
(Click to Enlarge)
Quantaluc Cameras
Electronic ShutterGlobal ShutterGlobal ShutterRolling Shutterb
Sensor TypeCMOSCMOSsCMOS
Number of Pixels (H x V)1440 x 10801280 x 10241920 x 12002448 x 20484096 x 21604096 x 30001920 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 Diag.)
1/2"
(7.76 mm Diag.)
1/1.2"
(13.4 mm Diag.)
2/3"
(11 mm Diag.)
1"
(16 mm Diag.)
1.1"
(17.5 mm Diag.)
2/3"
(11 mm Diag.)
Peak Quantum
Efficiency

(Click for Plot)
Monochrome:
69% at 575 nm

Color:
Click for Plot

Monochrome:
59% at 550 nm

Color:
Click for Plot

NIR:
60% at 600 nm
Monochrome:
78% at 500 nm

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

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

Color:
Click for Plot
Monochrome:
72%
(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 fps14.6 fps50 fps
Read Noise< 4.0 e- RMS< 7.0 e- RMS< 7.0 e- RMS< 2.5 e- RMS< 1 e- Median RMS; <1.5 e- RMS
Digital Output
10 Bit (Max)10 Bit (Max)12 Bit (Max)16 Bit (Max)
PC InterfaceUSB 3.0
Available
Fanless Cooling
Passive Thermal Management0 °C at 20 °C Ambient
Housing Size
(Click for Details)
0.59" x 1.72" x 1.86"
(15.0 x 43.7 x 47.2 mm3)
2.77" x 2.38" x 1.88"
(70.4 mm x 60.3 mm x 47.6 mm)
Passively Cooled sCMOS Camera
TE-Cooled sCMOS Camera
Typical
Applications
General 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,
Machine Vision,
Inspection,
General Purpose Imaging
Mono. & Color:
Fluorescence Microscopy,
Immunohistochemistry,
Machine Vision & Inspection,

Polarization:
Machine Vision & Inspection,
Transparent Material Detection,
Surface Reflection Reduction
Fluorescence Microscopy,
Immunohistochemistry,
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
(Click to Enlarge)
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。

用途

 

概要

当社のサイエンティフィックカメラは様々な用途に適しています。下の画像は当社の1.4 MP CCD4 MP CCD8 MP CCDそして高フレームレートCCDカメラを使用して取得しています。

画像の一部はこちらから解像度の高い16-bit TIFFファイルとしてダウンロードすることも可能です。16-bitファイルを見るには他のビュワーが必要となる場合があります。当社では無料でダウンロードが可能なImageJの使用をお勧めします。

様々な用途でお使いいただける標準、カスタム、製品組み込み用途(OEM用途)向けカメラとソフトウェア
(画像をクリックすると詳細がご覧いただけます)
Intracellular DynamicsBrightfield MicroscopyOpthalmologyFluorescence MicroscopyMultispectral imagingNeuroscienceSEM
Intracellular DynamicsBrightfield MicroscopyOphthalmology (NIR)Fluorescence MicroscopyMultispectral ImagingNeuroscienceSEM/TEM
上記の用途向けに推奨するサイエンティフィックカメラ/td>
Quantalux® 2.1 MP sCMOS
200 FPS VGA CCD
Kiralux® 1.3 MP CMOS
Zelux™ 1.6 MP CMOS
Kiralux 2.3 MP CMOS
Kiralux 5 MP CMOS
Kiralux 8.9 MP CMOS
Kiralux 12.3 MP CMOS
Kiralux 1.3 MP CMOS
Kiralux 2.3 MP CMOS
Kiralux 5 MP CMOS
Kiralux 8.9 MP CMOS
Kiralux 12.3 MP CMOS
1.4 MP CCD
Quantalux 2.1 MP sCMOS
Kiralux 2.3 MP CMOS
Kiralux 5 MP CMOS
Kiralux 8.9 MP CMOS
Kiralux 12.3 MP CMOS
Quantalux 2.1 MP sCMOS
Kiralux 2.3 MP CMOS
Kiralux 5 MP CMOS
Quantalux 2.1 MP sCMOS
Kiralux 2.3 MP CMOS
Kiralux 5 MP CMOS
Kiralux 8.9 MP CMOS
Kiralux 12.3 MP CMOS
1.4 MP CCD
4 MP CCD
200 FPS VGA CCD

マルチスペクトルイメージング

右の動画は液晶チューナブルフィルタ(LCTF)をモノクロカメラの前においてマルチスペクトルイメージを取得している例です。スライドガラス上の試料は広帯域光で照射され、試料を透過した光のうち、特定のスペクトルのみがLCTFにより透過されます。モノクロ画像はモノクロサイエンティフィックカメラを使用して取得し、スペクトル分離した2次元画像の集合体(スタック画像)になります。このデータは割合や閾値を求めたり、スペクトルアンミキシングなどの定量的分析に使用できます。

こちらの例では、成熟したナズナの胚を当社の液晶チューナブルフィルタKURIOS-WBを使用し、420 nm~730 nmの波長範囲で高速に走査しています。画像はサイエンティフィックカメラ1500M-GEで取得しています。カメラは、液晶フィルタとともにCerna®顕微鏡に接続されています。システム全体の倍率は10倍です。最終的なスタック・復元画像は以下の通りです。

Multispectral imaging
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最終的なスタック・復元画像

 

血栓症研究

血栓症とは血管内で血の塊が形成され、循環系における血流が閉塞することです。下は、Medical College of WisconsinのDr. Brian Cooleyによるマウスの大血管血栓症の実験研究の動画です。3種類のレーザ(532 nm、594 nm、650 nm)を一旦拡大し、麻酔をかけたマウスの露出手術部位の顕微鏡観察視野に集光しました。フィルターホイールを内蔵したカスタム仕様の1.4メガピクセルカメラをLeica製顕微鏡に取り付けることによって、手術部位から放射される低量の蛍光を捉えます。詳細については下の動画と説明をご覧ください。

動脈血栓症

In the video above, a gentle 30-second electrolytic injury is generated on the surface of a carotid artery in an atherogenic mouse (ApoE-null on a high-fat, “Western” diet), using a 100-micron-diameter iron wire (creating a free-radical injury). The site (arrowhead) and the vessel are imaged by time-lapse fluorescence-capture, low-light camera over 60 minutes (timer is shown in upper left corner – hours:minutes:seconds). Platelets were labeled with a green fluorophore (rhodamine 6G) and anti-fibrin antibodies with a red fluorophore (Alexa-647) and injected prior to electrolytic injury to identify the development of platelets and fibrin in the developing thrombus. Flow is from left to right; the artery is approximately 500 microns in diameter (bar at lower right, 350 microns).


静脈血栓症

In the video above, a gentle 30-second electrolytic injury is generated on the surface of a murine femoral vein, using a 100-micron-diameter iron wire (creating a free-radical injury). The site (arrowhead) and the vessel are imaged by time-lapse fluorescence-capture, low-light camera over 60 minutes (timer is shown in upper left corner – hours:minutes:seconds). Platelets were labeled with a green fluorophore (rhodamine 6G) and anti-fibrin antibodies with a red fluorophore (Alexa-647) and injected prior to electrolytic injury to identify the development of platelets and fibrin in the developing thrombus. Flow is from left to right; the vein is approximately 500 microns in diameter (bar at lower right, 350 microns).

参考文献: Cooley BC. In vivo fluorescence imaging of large-vessel thrombosis in mice. Arterioscler Thromb Vasc Biol 31, 1351-1356, 2011. All animal studies were done under protocols approved by the Medical College of Wisconsin Institutional Animal Care and Use Committee.

Simultaneous NIR and Fluorescence Imaging
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NIR/DICおよび蛍光イメージングを同時に行うためのセットアップ

2チャンネルのライブイメージング

多くのライフサイエンスにおけるイメージング実験では、変化する実験条件下で長時間にわたって細胞サンプルに対する試験とイメージングが行われます。このような実験において複雑な細胞ダイナミクスをモニタする一般的な手法の1つとして、蛍光物質を用いてサンプル内の関連する細胞を識別し、同時に近赤外顕微鏡または微分干渉(DIC)顕微鏡を用いて個々の細胞を精査する方法があります。変化する実験条件をモニタしながら2つの顕微鏡画像を記録するのは、困難でフラストレーションのたまる作業です。

ライブオーバーレイイメージングでは、合成画像を構成する両方の画像をリアルタイムでアップデートします。このような方法以外には、静止画像をリアルタイムでオーバーレイする方法があります。静止画像をオーバーレイする場合、システムやサンプル内のドリフト、またはサンプルの位置変化により、静止画像を頻繁にアップデートする必要があります。ライブオーバーレイイメージングの場合は、両チャネルのライブストリーミングが得られるため、その必要性は無くなります。

ThorCamオーバーレイプラグインと2台カメラ用顕微鏡マウントを併用することで、両方のカメラからのライブストリーミングによりアップデートで2チャンネルの合成画像をリアルタイムで取得できるため、静止画像のオーバーレイを頻繁にアップデートする必要がありません。このライブイメージング法はカルシウムレシオイメージングや電気生理学の用途に適しています。

画像例

蛍光画像とDIC画像の同時取得

下の一連のイメージはマウスの腎臓細胞の画像で、ダイクロイックフィルタを用いて蛍光信号とDIC信号を分離し、それぞれを別のカメラで撮像しています。それらの画像は、ThorCamオーバーレイプラグインによって2チャンネルの合成ライブ画像にまとめられ、また蛍光色素は擬似カラー化されています。

蛍光画像
Fluorescence Image of Two Camera Overlay
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2チャンネルの合成ライブ画像
Image Overlay from Two Cameras
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Microaspiration Image using Two Cameras
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上のDIC画像では、ピペットがフレームの中央近くに2本の線として写っています。

マイクロピペットを用いたマイクロアスピレーション

右の画像は、蛍光画像とDIC画像を同時に重ね合わせたライブ画像です。この実験は、マイクロピペットを用いてGFPを発現する単一ニューロンを分離するマイクロアスピレーション技術によってできています。このニューロンは、その後、PCRに利用できます。この画像は当社の1.4メガピクセルカメラ2台カメラ用マウントを用いて取得したもので、ThorCamプラグインにより蛍光画像とDIC画像をライブでオーバーレイしています。画像ご提供:Ain Chung, in collaboration with Dr. Andre Fenton at NYU and Dr. Juan Marcos Alarcon at The Robert F. Furchgott Center for Neural and Behavioral Science, Department of Pathology, SUNY Downstate Medical Center.

近赤外Dodtコントラスト画像と落射蛍光画像の同時イメージング

右の画像は、CX3CR1-GFPマウスの50 µmの脳切片の蛍光ならびに近赤外Dodtコントラスト画像をライブで同時に重ね合わせた画像です。マウスはPECAM-1で免疫染色され、Alexa-687で血管がハイライトされています。Dodtコントラスト法では、1/4円環と拡散板を使用して試料面に照射される光に勾配を生じさせ、厚みのある試料の構造を可視化します。こちらの画像は当社のサイエンティフィックカメラと2台カメラ用マウントを使用して取得しました。画像ご提供:Dr. Andrew Chojnacki(Department of Physiology and Pharmacology, Live Cell Imaging Facility, Snyder Institute for Chronic Diseases, University of Calgary)。

フォトニクスならびにイメージング産業における当社の専門性

当社は、光学部品から先進的なイメージングシステムまで幅広い技術・製品の開発と製造を手がけています。 部品の開発と製造は、そのほとんどが当社の製造施設にて行われています。 この施設ではモーションコントロール製品、オプトエレクトロニクス、半導体、光ファイバ、オプトメカニクス、光学素子ならびに光学コーティングなどが製造可能です。 当社のサイエンティフィックカメラのラインナップを直接サポートする部品として、フィルタフィルターホイール顕微鏡レンズ走査レンズズームレンズテレセントリックレンズ取付け用アダプタLED、顕微鏡用部品ならびにステージ、そして固定式のケージシステムなどもご用意しています。

当社の能力

  • フォトニクス技術における幅広い知識
  • 低ノイズ高性能サイエンティフィックカメラ、インターフェイスならびにソフトウェアを設計・製造できる幅広いスキルの集合
  • 垂直統合型製造施設
  • 種類豊富な異なる分野の製品
  • 世界中の研究所との密接な連携

経験豊かなチーム

  • 研究者、エンジニア、サポートエンジニアからなるチーム
  • 機械部品からイメージングシステムに及ぶ幅広い製品の開発・製造
  • 多数の光学系を設計・製造し、様々な分野で展開している実績
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A Message from TSI's General Manager

As a researcher and system designer, 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 and development 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


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