サイエンスカメラとは

リンクスでは、2023年2月からTeledyne Imagingグループと代理店契約を締結し、Teledyne DalsaのTDIラインカメラや高速・高画素のハイエンドエリアカメラ、FLIRの産業用カメラなどの取扱いを開始しております。今号では、その中から、Teledyne Photometricsのサイエンスカメラについてご紹介します。

サイエンスカメラは、低ノイズ、高感度が最大の特長で、量子効率80%以上、読み出しノイズ2e-以下、出力のリニアリティ99%以上などの特性があります。その特長を活かし、細胞の蛍光観察や航空宇宙産業など、高倍率なレンズと組み合わせて、ごく限られた光を検出することが求められるアプリケーションで広く活用されています。

サイエンスカメラの特長

Teledyne のサイエンスソリューション

Teledyne Imagingでは複数のサイエンスソリューションを有しており、トップハイエンドのものだとNASAのJames Webb宇宙望遠鏡への搭載などの実績があります。

Teledyne Imagingには、Photometrics（以下、PM）とPrinceton Instruments（以下、PI）の2ブランドのサイエンスカメラがあります。主な違いは、下記の3つです。

1. ピクセルサイズ（PMは100x程度の光学系までの対応、PIはそれ以上にも対応）
2. 冷却方式（PMはNitrogen Backfilling方式で-20度程度までの冷却、PIはVacuum Sealing方式で-100度までの冷却）
3. センサー（PMはCMOSメイン、PIはCCDやInGaAsのラインナップもあり可視光帯以外にも対応）

今回紹介するPhotometricsは、特に産業用途に特化しており必要十分な性能を低コストでラインナップし、顕微鏡と組み合わせた蛍光観察や遺伝子解析装置、病理解析機器などのアプリケーションで採用されています。

Photometricsが活躍するアプリケーションの例

低ノイズ / 高感度を実現する冷却システム

サイエンスカメラの特長である、低ノイズ / 高感度を実現する鍵は冷却システムにあります。CMOSセンサーが配置される空間を真空にし、窒素で満たします。そしてセンサーの背後にペルチェ式冷却ユニットを配置し冷却を行うことで、センサーの温度上昇によって生じる暗電流によるノイズを低減しています。
この構造により、数分間にもわたる長時間露光時でもきれいな画像を撮ることが可能になります。

サイエンスカメラの性能および品質の肝は、冷却システムの真空を長期間保ち続けることにあります。真空が漏れると冷却が十分に行われなくなり、途端にノイズが増えてしまいます。そのため、サイエンスカメラメーカーにとって重要なテクノロジーは真空技術と言うこともできます。Photometricsはこの冷却機構に多くの構造的な工夫を持たせることで、世の中のサイエンスカメラと比較しても圧倒的な長寿命、高品質を誇ります。

Teledyne Photometricsの製品紹介

Kinetix

最新のラインナップであるKinetixは、広い視野と高い量子効率が特長のカメラです。

以下のグラフを見ていただけるとわかる通り、一般的な産業用カメラがCMOSの感度が最もいい550nm付近において70%未満の量子効率なのに対し、サイエンスカメラは一般に80%以上の量子効率です。Kinetixはセンサーの特性とPhotometricsの冷却技術によって、さらに高い95%の量子効率を実現した圧倒的高感度な製品です。また、可視光 (400-700 nm)だけでなく、UV (200-400 nm)、NIR (700-1000 nm)など広い波長帯域に対して感度があるため、550nm付近の波長（緑色）以外の照明を使用するケースでも十分な感度を確保することが可能です。

サイエンスカメラは顕微鏡と組み合わせて使用されるケースが基本となるため、顕微鏡のレンズ口径に合わせた設計になっています。世の中に多く出回っている直径18.8mmのレンズ口径に合わせる場合、4MP（2k x 2k）の解像度が最適なのでPhotometricsもPrime BSIなどの4MPのラインナップを有しています。
しかし最近では、より広視野に観察するニーズにあわせて顕微鏡メーカーがより大口径（29.4mm）の顕微鏡を提供しております。これに、従来の4MPのカメラを使用すると、視野全体を見るためには複数回走査して撮像することが必要となるため、効率の悪化に繋がります。
Kinetixは10MP（3,200 x 3,200 pix）のセンサーを搭載し、広視野観察用の顕微鏡と組み合わせて使用するお客様にとって最適な製品になっています。また、ピクセルサイズも6.5umで、細胞の観察で使用される60倍程度までのレンズと組み合わせた際に最適な光学分解能を発揮します。

全製品ラインナップ

Kinetix以外にも、用途に応じた様々なラインナップを用意しており、コストとのバランスを見ながら製品の選択を行っていただくことができます。特にPrime BSIシリーズは、上述の通り、広く普及している顕微鏡に合わせた設計になっており多くのお客様にご活用いただいているモデルです。こちらもKinetix同様に95%の量子効率を持った最高性能のカメラになっています。

Teledyne Photometrics製品の評価やデモ機のお貸し出しも行っていますので、お気軽にご連絡ください。

LINX DAYS2023オンライン開催決定！

「LINX DAYS2023に満員で参加できなかった」「一部セッションに参加できなかった」という声にお応えし、8月2日(水)〜5日(土)の4日間にて講演をオンライン配信いたします。
マシンビジョン、産業用カメラ、ロボティクス、3D、IIoTといった、生産効率化と品質向上を実現する様々なテーマに関して、世界の技術トレンド、ユーザー活用事例、運用のノウハウなどを余すところなく解説します。皆様が直面している課題を解決し、今後の日本の製造業が向かう先を見極めるのに有益な情報が満載のセミナーです。
参加費は無料です。ご参加お申込みをお待ちしております。

ご意見・ご感想募集

LINX Expressに関する要望やご感想を募集しております。下記フォームよりお気軽にご投稿いただけましたら幸いです。

いただいたご意見については今後の運営の参考にさせていただきます。皆様のご投稿お待ちしております。