23.01.28Tucsen sCMOS-Kameras verwenden TTL-Trigger mit einer Standard-SMA-Schnittstelle. Dazu müssen Sie lediglich ein Triggerkabel mit SMA-Anschluss von der Kamera an den Trigger-Eingang Ihres externen Geräts anschließen. Folgende Kameras verwenden diese Schnittstelle:
● Dhyana 400BSI
● Dhyana 95
● Dhyana 400D
● Dhyana 6060 und 6060BSI
● Dhyana 4040 & 4040BSI
● Dhyana XF95/XF400BSI
Wenn es sich bei Ihrer Kamera um eine Tucsen Dhyana 401D oder eine FL20-BW handelt, befolgen Sie bitte die unten verfügbaren spezifischen Anweisungen für diese Kameras.
Das untenstehende Pinbelegungsdiagramm zeigt, wo Sie das Auslösekabel an Ihrer Kamera anschließen müssen. Sobald es zwischen der Kamera und dem externen Gerät angeschlossen ist, können Sie die Auslösung einrichten!
Triggerkabel und Pinbelegungsdiagramme
Trigger-Pin-Diagramm für sCMOS-Kameras mit SMA-Triggerschnittstelle.
| SMA-Pin | Pin-Name | Erläuterung |
| 1 | TRIG.IN | Trigger-Eingangssignal zur Steuerung des Kameraerfassungszeitpunkts |
| 2 | TRIG.OUT1 | Trigger Out 1 – Konfigurierbar, Standard: Signal „Readout End“ |
| 3 | TRIG.OUT2 | Trigger Out 2 – Konfigurierbar, Standard: „Globales“ Signal |
| 4 | TRIG.OUT3 | Trigger Out 3 – Konfigurierbar, Standard: Signal „Belichtungsstart“ |
Spannungsbereich für die Auslösung
Die Ausgangsspannung der SMA-Triggerung beträgt 3,3 V.
Der für den Trigger akzeptierte Eingangsspannungsbereich liegt zwischen 3,3 V und 5 V
Trigger-In-Modi & Einstellungen
Tucsen sCMOS-Kameras verfügen über verschiedene Betriebsmodi für die Verarbeitung externer Hardware-Trigger (Trigger-In-Signale) sowie über einige Einstellungen zur Optimierung und Auswahl für Ihre Anwendung. Diese Einstellungen sollten in Ihrem Softwarepaket verfügbar sein. Der folgende Screenshot zeigt, wie diese Einstellungen in der Tucsen Mosaic-Software angezeigt werden.
Hardware-Trigger-Einstellung
Für diese Einstellung stehen vier Optionen zur Verfügung. Sie bestimmen, ob die Kamera unabhängig von externen Triggern mit einem eigenen internen Timing arbeitet oder ob das Verhalten der Kamera durch externe Signale gesteuert wird. Zusätzlich ist die Verwendung eines Software-Triggers möglich.
Diese Einstellungen sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst. Weitere Informationen finden Sie in den folgenden Abschnitten.
| Einstellung | Erläuterung |
| Aus | Interner Zeitmodus. Alle externen Auslöser werden ignoriert und die Kamera arbeitet mit der maximal möglichen Geschwindigkeit. |
| Standard | Einfacher getriggerter Betriebsmodus, bei dem jedes Triggersignal die Erfassung eines Frames auslöst. |
| Synchronisiert | Nach einem ersten „Start“-Triggersignal läuft die Kamera kontinuierlich, wobei jedes neue Triggersignal das Ende der Belichtung des aktuellen Bildes und den Start des nächsten Bildes auslöst. |
| Allgemein | Die Kamera läuft in einem „pseudoglobalen“ Zustand, um durch Synchronisierung mit einer Lichtquelle den Effekt eines globalen Verschlusses mit einer Rolling-Shutter-Kamera zu emulieren. |
| Software | Ein erweiterter Modus zum Simulieren eines Triggersignals über die SetGpio-Funktion. |
Notiz: In allen Fällen tritt eine sehr geringe Verzögerung zwischen dem Empfang des Trigger-In-Signals und dem Beginn der Erfassung auf. Diese Verzögerung liegt zwischen null und einer Kamerazeilenzeit – d. h. der Zeit, die die Kamera zum Lesen einer Zeile benötigt. Beim Dhyana 95 beispielsweise beträgt die Zeilenzeit 21 μs, sodass die Verzögerung zwischen 0 und 21 μs liegt. Diese Verzögerung ist in den folgenden Zeitdiagrammen der Einfachheit halber nicht dargestellt.
„Aus“-Modus
In diesem Modus arbeitet die Kamera mit maximaler Geschwindigkeit und interner Zeitsteuerung und ignoriert externe Auslöser.
Standardmodus
Im Standardmodus benötigt jedes Bild der Kameraaufnahme ein externes Triggersignal. Die Belichtungsdauer kann entweder durch das Triggersignal (wie bei „Belichtung: Breite“) oder per Software (wie bei „Belichtung: Zeitgesteuert“) eingestellt werden.
Wie bei der nicht getriggerten Aufnahme kann die Kamera im „Überlappungsmodus“ arbeiten. Das bedeutet, dass die Belichtung des nächsten Bildes beginnen kann, sobald die erste Zeile des aktuellen Bildes belichtet und ausgelesen wurde. Je nach Rate der eingehenden Triggersignale und der verwendeten Belichtungszeit steht somit bis zur vollen Bildrate der Kamera zur Verfügung.
A: Auslöserverhalten im Standardmodus (Belichtung: Breite, Kante: Steigend).
B: Triggerverhalten im Standardmodus (Belichtung: Zeit, Flanke: Steigend). Gelbe Formen stellen die Kamerabelichtung dar. 0H, 1H, 2H… stellen jeweils eine horizontale Kamerazeile dar, mit einer Verzögerung von einer Zeile zur nächsten aufgrund des Rolling Shutters der CMOS-Kamera. Wie bei der nicht getriggerten „Stream“-Aufnahme kann sich der Beginn des neuen Frames mit dem Auslesen des aktuellen Frames überschneiden, d. h. die diagonalen Komponenten der gelben Formen können ineinandergreifen.
Synchronisierungsmodus
Der Synchronisationsmodus ist ein leistungsstarker Modus, der beispielsweise in der konfokalen Mikroskopie mit rotierenden Scheiben verwendet werden kann, um die Aufnahme der Kamera mit der Rotation der Scheibe zu synchronisieren und so Streifenartefakte zu vermeiden.
In diesem Modus startet das erste Triggersignal die Belichtung des ersten Bildes. Das nächste Triggersignal beendet die Belichtung des aktuellen Bildes und startet den Auslesevorgang, unmittelbar gefolgt vom Beginn der nächsten Belichtung, wie in der folgenden Abbildung dargestellt. Dies wird für jedes nachfolgende Triggersignal wiederholt. Beachten Sie, dass hierfür ein Signalimpuls mehr gesendet werden muss als Bilder aufgenommen wurden.
Die Dauer der Belichtung wird in diesem Modus durch die Zeitspanne zwischen einem Triggersignal und dem nächsten festgelegt.
Die Mindestzeit zwischen Triggersignalen entspricht der Auslesezeit des Bildes, die sich aus dem Kehrwert der maximalen Bildrate der Kamera ergibt. Bei einer Dhyana 95 mit einer Bildrate von 24 Bildern pro Sekunde beträgt die Mindestzeit zwischen den Signalen dann 1000 ms / 24 ≈ 42 ms. Jedes Signal, das vor diesem Zeitpunkt gesendet wird, wird ignoriert.
Globaler Modus
In Kombination mit einer triggerbaren/gepulsten Lichtquelle ermöglicht der Global-Modus den Betrieb der Kamera in einem „pseudo-globalen“ Zustand. Dadurch werden Probleme vermieden, die bei bestimmten Bildgebungsarten mit dem Rolling Shutter der Kamera auftreten können. Weitere Informationen zu pseudo-globalen Shuttern finden Sie im Abschnitt „Pseudo-Global Shutter“ am Ende dieser Seite.
Funktionsweise des globalen Modus
Globalmodus-Trigger in Betrieb.
Im globalen Modus wird die Kamera beim Starten der Aufnahme in der Software vorab getriggert, um die Belichtung des Bildes zu starten und den Beginn der Belichtung über den Sensor laufen zu lassen. Dieser Schritt sollte im Dunkeln und bei inaktiver Lichtquelle erfolgen.
Sobald dieser Vorgang abgeschlossen ist, ist die Kamera bereit, ein Triggersignal zu empfangen und die globale Belichtung zu starten. Während dieser Belichtungsphase wird Licht an die Kamera gesendet. Die Dauer dieser globalen Belichtungsphase wird entweder durch die Software (wie bei „Belichtung: Zeitgesteuert“) oder durch die Länge des empfangenen Triggersignals (wie bei „Belichtung: Breite“) festgelegt.
Am Ende dieser Belichtung beginnt die Kamera mit dem „Rollen“ des Belichtungsendes und startet sofort die Vorbelichtungsphase für das folgende Bild – auch diese Phase sollte im Dunkeln erfolgen.
Wird die Lichtquelle durch ein externes Triggersignal aktiviert, kann dieses Signal auch zum Auslösen der Kameraerfassung verwendet werden. Dies ermöglicht eine einfachere und komfortablere Hardware-Einrichtung. Alternativ kann ein Triggersignal der Lichtquelle, das anzeigt, dass sie eingeschaltet ist, zum Auslösen der Kameraerfassung verwendet werden.
Belichtungseinstellung
Die Belichtungszeit der Kamera kann entweder per Software oder über externe Hardware über die Dauer des Triggersignals gesteuert werden. Für die Belichtung gibt es zwei Einstellungen:
Zeitgesteuert:Die Belichtung der Kamera wird durch die Software eingestellt.
Breite: Die Dauer des High-Signals (im Fall der steigenden Flanke) bzw. des Low-Signals (im Fall der fallenden Flanke) bestimmt die Belichtungszeit der Kamera. Dieser Modus wird auch als „Level“- oder „Bulb“-Trigger bezeichnet.
Kanteneinstellung
Für diese Einstellung gibt es je nach Hardware-Konfiguration zwei Möglichkeiten:
Aufstand: Die Kameraerfassung wird durch die steigende Flanke eines Low-to-High-Signals ausgelöst.
Fallen:Die Kameraerfassung wird durch die fallende Flanke eines High-Low-Signals ausgelöst.
Verzögerungseinstellung
Vom Empfang des Auslösers bis zum Beginn der Belichtung kann eine Verzögerung hinzugefügt werden. Diese kann zwischen 0 und 10 Sekunden eingestellt werden. Der Standardwert ist 0 Sekunden.
Ein Hinweis zum Trigger-Timing: Stellen Sie sicher, dass Trigger nicht verpasst werden
In jedem Modus muss die Zeitspanne zwischen den Triggern (ergibt sich aus der Dauer des High-Signals plus des Low-Signals) lang genug sein, damit die Kamera wieder zur Bildaufnahme bereit ist. Andernfalls werden Trigger, die gesendet werden, bevor die Kamera wieder zur Aufnahme bereit ist, ignoriert.
Überprüfen Sie die Modusbeschreibungen oben auf die Zeitanforderungen dieses Modus.
Trigger-Out-Modi und -Einstellungen
Nachdem Sie die Trigger-Out-Kabel zwischen Ihrer externen Hardware und den Trigger-Out-Anschlüssen der Kamera angeschlossen haben (siehe Abschnitt „Triggerkabel und Pinbelegungsdiagramme“), können Sie die Kamera so konfigurieren, dass sie die entsprechenden Triggersignale für Ihr Setup ausgibt. Die entsprechenden Einstellungen sollten in Ihrem Softwarepaket verfügbar sein. Der folgende Screenshot zeigt, wie diese Einstellungen in der Tucsen Mosaic-Software angezeigt werden.
Trigger-Ausgangsports
Tucsen sCMOS-Kameras verfügen über drei Trigger-Out-Ports mit jeweils eigenem Trigger-Out-Pin – TRIG.OUT1, TRIG.OUT2 und TRIG.OUT3. Jeder Port kann unabhängig konfiguriert, betrieben und an separate externe Geräte angeschlossen werden.
Trigger Out-Typ
Es gibt fünf Optionen, welche Phase des Kamerabetriebs der Triggerausgang anzeigen soll:
Belichtungsbeginnsendet einen Trigger (von niedrig nach hoch bei „steigenden Flanken“-Triggern), sobald die erste Zeile eines Frames belichtet wird. Die Breite des Triggersignals wird durch die Einstellung „Breite“ bestimmt.
Auslesen Endegibt an, wann die letzte Zeile der Kamera ihre Auslesung beendet. Die Breite des Triggersignals wird durch die Einstellung „Breite“ bestimmt.
Globale PräsenzGibt die Phase einer Belichtung an, in der alle Reihen der Kamera gleichzeitig belichten, nach dem Beginn der Belichtung und vor dem Ende der Belichtung und der Ausgabe. Bei Verwendung zur Steuerung einer Lichtquelle oder eines anderen Ereignisses in Ihrem Experiment kann dies einen „Pseudo-Global Shutter“ erzeugen. Dies ermöglicht die gleichzeitige Datenerfassung über den Kamerasensor ohne Einfluss des sCMOS-Rolling Shutters. Weitere Informationen zum Pseudo-Global Shutter finden Sie im Abschnitt „Pseudo-Global Shutter“ weiter unten.
Hoch: Dieser Modus bewirkt, dass der Pin ein konstantes High-Signal ausgibt.
Niedrig:Dieser Modus bewirkt, dass der Pin ein konstantes Low-Signal ausgibt.
Triggerflanke
Dadurch wird die Polarität des Triggers bestimmt:
Aufstand:Die steigende Flanke (von niedriger zu hoher Spannung) wird verwendet, um Ereignisse anzuzeigen
Fallen:Die fallende Flanke (von hoher zu niedriger Spannung) wird verwendet, um Ereignisse anzuzeigen
Verzögerung
Eine anpassbare Verzögerung kann in den Trigger-Zeitpunkt eingefügt werden, wodurch alle Trigger-Out-Ereignissignale um die angegebene Zeit (0 bis 10 Sekunden) verzögert werden. Die Verzögerung ist standardmäßig auf 0 Sekunden eingestellt.
Triggerbreite
Hiermit wird die Breite des Triggersignals zur Anzeige von Ereignissen festgelegt. Die Standardbreite beträgt 5 ms und kann zwischen 1 μs und 10 s angepasst werden.
Pseudo-Global Shutter
Bei manchen Bildgebungsanwendungen kann der Rolling-Shutter-Betrieb zu Artefakten, Ineffizienzen bei der zeitlichen Steuerung oder der Lichtdosis auf die Probe oder zu Bildübergängen führen, bei denen zwischen den Einzelbildern Hardwareänderungen auftreten. Der pseudoglobale Betrieb kann diese Herausforderungen bewältigen.
WiePseudo global Fensterläden
Sobald die Belichtung eines Bildes beginnt, läuft der Belichtungsbeginn für jede Zeile in der Kamera nach unten, bis jede Zeile belichtet ist. Wird während dieses Vorgangs die Lichtquelle ausgeschaltet und erreicht kein Licht die Kamera, werden während der Rollphase keine Informationen erfasst. Sobald die Belichtung jeder Zeile begonnen hat, verhält sich die Kamera global, und jeder Teil der Kamera ist bereit, Licht zu empfangen, ohne dass Zeit über den Sensor vergeht.
Wenn die Lichtquelle während des „Rollens“ des Belichtungsendes und der Ablesung jeder Zeile auf dem Sensor erneut ausgeschaltet wird, werden während dieser nicht-globalen Phase erneut keine Informationen erfasst.
Die Dauer des Lichtquellenimpulses bestimmt daher die effektive Belichtung der Kamera, also die Zeit, in der Licht gesammelt wird.
Tucsen sCMOS-Kameras können einen pseudoglobalen Verschluss auf zwei Arten erreichen: Entweder durch Auslösen der Kamera und einer Lichtquelle durch eine externe Zeitsteuerung (siehe Trigger-In-Hardware-Trigger-Einstellung: Global oben) oder durch Steuern einer auslösbaren Lichtquelle über die Trigger-Out-Ports der Kamera, die auf die Einstellung „Trigger-Out-Art: Global“ eingestellt sind.
Zeitplan für den globalen Betrieb
Beachten Sie, dass beim Betrieb mit einem Pseudo-Global Shutter die Bildrate der Kamera reduziert wird, da zwischen den Bildern eine Auslese-/Belichtungsstartphase erforderlich ist. Die Dauer dieser Phase wird durch die Auslesezeit der Kamera bestimmt, beispielsweise etwa 42 ms für das Vollbild einer Dhyana 95.
Die Gesamtzeit pro Bild ergibt sich aus dieser Bildzeit plus der „globalen“ Belichtungszeit plus einer etwaigen Verzögerung zwischen dem Ende des Auslesens des vorherigen Bilds und dem Auslöser zum Beginn der Aufnahme des nächsten Bilds.
