28.01.2023Tucsen sCMOS-Kameras verwenden TTL-Trigger mit einer Standard-SMA-Schnittstelle. Dazu ist lediglich ein Triggerkabel mit SMA-Anschluss von der Kamera zum Trigger-Eingang Ihres externen Geräts erforderlich. Folgende Kameras verwenden diese Schnittstelle:
● Dhyana 400BSI
● Dhyana 95
● Dhyana 400D
● Dhyana 6060 & 6060BSI
● Dhyana 4040 & 4040BSI
● Dhyana XF95/XF400BSI
Falls Sie eine Tucsen Dhyana 401D oder eine FL20-BW besitzen, befolgen Sie bitte die unten stehenden spezifischen Anweisungen für diese Kameras.
Das untenstehende Pinbelegungsdiagramm zeigt, wo Sie das Auslösekabel an Ihrer Kamera anschließen. Sobald die Verbindung zwischen Kamera und externem Gerät hergestellt ist, können Sie die Auslösung einrichten!
Triggerkabel & Pinbelegungsdiagramme
Trigger-Pinbelegung für sCMOS-Kameras mit SMA-Triggerschnittstelle.
| SMA-Pin | Pin-Name | Erläuterung |
| 1 | TRIG.IN | Triggersignal zur Steuerung des Kameraaufnahmezeitpunkts |
| 2 | TRIG.OUT1 | Trigger Out 1 – Konfigurierbar, Standard: Signal „Ausleseende“ |
| 3 | TRIG.OUT2 | Trigger Out 2 – Konfigurierbar, Standard: 'Global'-Signal |
| 4 | TRIG.OUT3 | Trigger-Ausgang 3 – Konfigurierbar, Standard: Signal „Belichtungsstart“. |
Spannungsbereich für die Auslösung
Die Ausgangsspannung der SMA-Triggerung beträgt 3,3 V.
Der zulässige Eingangsspannungsbereich für die Triggerung liegt zwischen 3,3 V und 5 V.
Trigger-Ein-Modi & Einstellungen
Tucsen sCMOS-Kameras bieten verschiedene Betriebsmodi für die Verarbeitung externer Hardware-Trigger (Trigger-In-Signale) sowie einige Einstellungen zur Optimierung für Ihre Anwendung. Diese Einstellungen finden Sie in Ihrer Software. Der Screenshot unten zeigt, wie diese Einstellungen in der Tucsen Mosaic-Software aussehen.
Hardware-Trigger-Einstellung
Für diese Einstellung stehen vier Optionen zur Verfügung. Sie legt fest, ob die Kamera unabhängig von externen Auslösern mit ihrer internen Zeitsteuerung arbeitet oder ob ihr Verhalten 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 nachfolgenden Abschnitten.
| Einstellung | Erläuterung |
| Aus | Interner Zeitsteuerungsmodus. Alle externen Auslöser werden ignoriert, und die Kamera arbeitet mit maximal möglicher Geschwindigkeit. |
| Standard | Einfacher Triggerbetriebsmodus, bei dem jedes Triggersignal die Aufnahme eines Bildes auslöst. |
| Synchronisiert | Nach einem anfänglichen Startsignal läuft die Kamera kontinuierlich, wobei jedes neue Triggersignal das Ende der Belichtung des aktuellen Bildes und den Beginn des nächsten Bildes auslöst. |
| Global | Die Kamera wird in einem „pseudo-globalen“ Zustand betrieben, um den Effekt eines globalen Verschlusses bei einer Rolling-Shutter-Kamera durch Synchronisation mit einer Lichtquelle zu emulieren. |
| Software | Ein erweiterter Modus zur Simulation eines Triggersignals über die Funktion SetGpio. |
NotizIn allen Fällen tritt eine minimale Verzögerung zwischen dem Empfang des Trigger-In-Signals und dem Beginn der Datenerfassung auf. Diese Verzögerung liegt zwischen null und einer Kamerazeilenzeit – also der Zeit, die die Kamera zum Einlesen einer Zeile benötigt. Bei der Dhyana 95 beträgt die Zeilenzeit beispielsweise 21 µs, die Verzögerung liegt somit zwischen 0 und 21 µs. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist diese Verzögerung in den folgenden Zeitdiagrammen nicht dargestellt.
'Aus'-Modus
In diesem Modus arbeitet die Kamera mit maximaler Geschwindigkeit nach interner Zeitsteuerung und ignoriert externe Auslöser.
Standardmodus
Im Standardmodus benötigt jedes aufgenommene Bild der Kamera ein externes Triggersignal. Die Belichtungszeit kann entweder über das Triggersignal (wie bei „Belichtung: Breite“) oder per Software (wie bei „Belichtung: Zeitgesteuert“) eingestellt werden.
Wie bei der nicht-ausgelösten Aufnahme kann die Kamera im Überlappungsmodus betrieben werden. Das bedeutet, dass die Belichtung des nächsten Bildes beginnen kann, sobald die erste Zeile des aktuellen Bildes belichtet und ausgelesen wurde. Dadurch steht – abhängig von der Rate der eingehenden Triggersignale und der verwendeten Belichtungszeit – die volle Bildrate der Kamera zur Verfügung.
A: Triggerverhalten im Standardmodus (Belichtung: Breite, Flanke: Steigend).
B: Triggerverhalten im Standardmodus (Belichtung: Zeit, Flanke: Ansteigend). Gelbe Formen stellen die Kamerabelichtung dar. 0H, 1H, 2H… repräsentieren die einzelnen horizontalen Kamerazeilen, wobei es aufgrund des Rolling Shutter der CMOS-Kamera zu einer Verzögerung zwischen den Zeilen kommt. Wie bei der nicht getriggerten „Stream“-Aufnahme kann der Beginn des neuen Bildes mit dem Auslesen des aktuellen Bildes überlappen, wodurch sich die diagonalen Komponenten der gelben Formen überschneiden können.
Synchronisierungsmodus
Der Synchronisationsmodus ist ein leistungsstarker Modus, der beispielsweise in der Spinning-Disk-Konfokalmikroskopie verwendet werden kann, um die Bildaufnahme 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 leitet den Auslesevorgang ein, unmittelbar gefolgt vom Beginn der nächsten Belichtung (siehe Abbildung unten). Dieser Vorgang wiederholt sich für jedes weitere Triggersignal. Beachten Sie, dass hierfür ein Signalimpuls mehr gesendet werden muss als Bilder aufgenommen werden.
Die Belichtungsdauer in diesem Modus wird durch die Zeitspanne zwischen zwei Auslösesignalen bestimmt.
Die minimale Zeit zwischen Triggersignalen entspricht der Auslesezeit des Bildes, also dem Kehrwert der maximalen Bildrate der jeweiligen Kamera. Bei einer Dhyana 95 mit einer Bildrate von 24 Bildern pro Sekunde (fps) beträgt die minimale Zeit zwischen den Signalen demnach 1000 ms / 24 ≈ 42 ms. Signale, die vor Ablauf dieser Zeit gesendet werden, werden ignoriert.
Globaler Modus
In Kombination mit einer auslösbaren/gepulsten Lichtquelle ermöglicht der Global-Modus den Betrieb der Kamera in einem „pseudo-globalen“ Zustand. Dadurch werden Probleme vermieden, die bei bestimmten Aufnahmetypen durch den Rolling-Shutter der Kamera auftreten können. Weitere Informationen zu pseudo-globalen Verschlüssen finden Sie im Abschnitt „Pseudo-Global Shutter“ am Ende dieser Seite.
Funktionsweise des globalen Modus
Globaler Modus-Trigger in Betrieb.
Im globalen Modus wird die Kamera beim Start der Bildaufnahme per Software vorgetriggert, um die Belichtung des Bildausschnitts zu starten und so ein gleitendes Belichten des Sensors zu ermöglichen. Dieser Schritt sollte im Dunkeln und bei ausgeschalteter Lichtquelle erfolgen.
Sobald dieser Vorgang abgeschlossen ist, kann die Kamera ein Triggersignal empfangen, um die Belichtungsphase zu starten. Während dieser Phase wird Licht an die Kamera gesendet. Die Dauer dieser Belichtungsphase wird entweder per Software (wie bei „Belichtung: Zeitgesteuert“) oder durch die Länge des empfangenen Triggersignals (wie bei „Belichtung: Breite“) festgelegt.
Nach Abschluss dieser Belichtung beginnt die Kamera mit dem „Rolling“ des Belichtungsendes und startet sofort die Vorbelichtungsphase für das folgende Bild – auch diese Phase sollte in Dunkelheit erfolgen.
Wird die Lichtquelle durch ein externes Triggersignal aktiviert, kann dieses Signal auch zur Auslösung der Kameraaufnahme verwendet werden, was die Hardwarekonfiguration vereinfacht und komfortabler gestaltet. Alternativ kann, falls die Lichtquelle selbst ein Triggersignal ausgibt, das ihre Einschaltbereitschaft anzeigt, dieses Signal zur Auslösung der Kameraaufnahme genutzt werden.
Belichtungseinstellung
Die Belichtungszeit der Kamera kann entweder per Software oder über externe Hardware mittels der Dauer des Auslösesignals gesteuert werden. Es gibt zwei Belichtungseinstellungen:
Zeitlich begrenzt:Die Kamerabelichtung wird von der Software eingestellt.
BreiteDie Dauer des hohen Signals (im Modus „steigende Flanke“) bzw. des niedrigen Signals (im Modus „fallende Flanke“) bestimmt die Belichtungszeit der Kamera. Dieser Modus wird auch als „Pegel-“ oder „Bulb-Trigger“ bezeichnet.
Kanteneinstellung
Für diese Einstellung gibt es zwei Optionen, abhängig von Ihrer Hardwarekonfiguration:
AufstandDie Kameraaufnahme wird durch die steigende Flanke eines Signals ausgelöst, das von niedrig auf hoch wechselt.
Fallend:Die Kameraaufnahme wird durch die fallende Flanke eines High-zu-Low-Signals ausgelöst.
Verzögerungseinstellung
Zwischen dem Empfang des Auslösers und dem Beginn der Belichtung kann eine Verzögerung eingefügt werden. Diese kann zwischen 0 und 10 Sekunden eingestellt werden, der Standardwert beträgt 0 Sekunden.
Hinweis zum Trigger-Timing: Stellen Sie sicher, dass keine Trigger verpasst werden.
In jedem Modus muss die Zeitspanne zwischen den Auslösungen (ergibt sich aus der Dauer des High-Signals plus der Dauer des Low-Signals) so lang sein, dass die Kamera wieder bereit ist, ein Bild aufzunehmen. Andernfalls werden Auslösungen, die gesendet werden, bevor die Kamera wieder aufnahmebereit ist, ignoriert.
Die Timing-Anforderungen des jeweiligen Modus entnehmen Sie bitte den obigen Modusbeschreibungen.
Trigger-Ausgangsmodi und Einstellungen
Nachdem Sie die Trigger-Out-Kabel wie im Abschnitt „Triggerkabel & Pinbelegung“ oben beschrieben zwischen Ihrer externen Hardware und den Trigger-Out-Anschlüssen der Kamera verbunden haben, können Sie die Kamera so konfigurieren, dass sie die für Ihre Konfiguration erforderlichen Triggersignale ausgibt. Die entsprechenden Einstellungen finden Sie in Ihrer Software. Der Screenshot unten zeigt, wie diese Einstellungen in der Tucsen Mosaic-Software aussehen.
Trigger-Ausgangsanschlüsse
Die Tucsen sCMOS-Kameras verfügen über drei Trigger-Out-Anschlüsse, jeder mit einem eigenen Trigger-Out-Pin – TRIG.OUT1, TRIG.OUT2 und TRIG.OUT3. Jeder Anschluss kann unabhängig konfiguriert werden, unabhängig funktionieren und mit separaten externen Geräten verbunden werden.
Trigger Out Kind
Es gibt fünf Optionen, welche Phase des Kamerabetriebs das Triggersignal anzeigen soll:
Beginn der BelichtungSendet einen Trigger (bei „Rising Edge“-Triggern von niedrig nach hoch), sobald die Belichtung der ersten Bildzeile beginnt. Die Breite des Triggersignals wird durch die Einstellung „Breite“ bestimmt.
AusleseendeZeigt an, wann die letzte Zeile der Kamera ihre Auslesung beendet. Die Breite des Triggersignals wird durch die Einstellung „Breite“ bestimmt.
Globale ExpositionDiese Phase einer Belichtung beschreibt den Zeitraum, in dem alle Zeilen der Kamera gleichzeitig belichtet werden, nach dem Beginn der Belichtung und vor dem Ende der Belichtung sowie der Auslesung. Wird diese Funktion zur Steuerung einer Lichtquelle oder eines anderen Ereignisses in Ihrem Experiment verwendet, kann ein „Pseudo-Global Shutter“ realisiert werden. Dadurch können Daten gleichzeitig über den gesamten Kamerasensor erfasst werden, ohne dass der Rolling Shutter von sCMOS-Sensoren beeinträchtigt wird. Weitere Informationen zum Pseudo-Global Shutter finden Sie im Abschnitt „Pseudo-Global Shutter“ weiter unten.
HochIn diesem Modus gibt der Pin ein konstantes High-Signal aus.
Niedrig:In diesem Modus gibt der Pin ein konstantes Low-Signal aus.
Trigger Edge
Dies bestimmt die Polarität des Auslösers:
Aufstand:Die steigende Flanke (von niedriger zu hoher Spannung) wird verwendet, um Ereignisse anzuzeigen.
Fallend:Die fallende Flanke (von hoher zu niedriger Spannung) wird verwendet, um Ereignisse anzuzeigen.
Verzögerung
Die Triggerzeit kann um eine anpassbare Verzögerung erweitert werden, wodurch alle Trigger-Out-Ereignissignale um die angegebene Zeit (0 bis 10 Sekunden) verzögert werden. Standardmäßig ist die Verzögerung auf 0 Sekunden eingestellt.
Auslöserbreite
Dies bestimmt die Breite des Triggersignals, das zur Anzeige von Ereignissen verwendet wird. Die Standardbreite beträgt 5 ms und kann zwischen 1 μs und 10 s angepasst werden.
Pseudo-Globale Verschlüsse
Bei manchen bildgebenden Anwendungen kann der Betrieb einer Kamera mit Rolling-Shutter-Technologie Artefakte, Ineffizienzen bei der Zeitsteuerung oder der Lichtdosis für die Probe sowie Überlappungen zwischen Bildern verursachen, wenn zwischen den Einzelbildern Hardwareänderungen vorgenommen werden. Der pseudoglobale Betrieb kann diese Herausforderungen bewältigen.
WiePseudo Globall Shutter Works
Sobald die Belichtung eines Bildes beginnt, wandert der Belichtungsbeginn für jede Zeile durch die Kamera, bis alle Zeilen belichtet sind. Wird die Lichtquelle während dieses Vorgangs ausgeschaltet und erreicht kein Licht die Kamera, werden während der Belichtungsphase keine Informationen erfasst. Sobald alle Zeilen belichtet sind, arbeitet die Kamera im globalen Modus, und alle Bereiche der Kamera sind bereit, Licht ohne Verzögerung über den Sensor zu empfangen.
Wird die Lichtquelle erneut ausgeschaltet, während das Ende der Belichtung abläuft und die Auslesung jeder Zeile den Sensor entlangläuft, werden während dieser nicht-globalen Phase erneut keine Informationen erfasst.
Die Dauer des Lichtquellenimpulses bestimmt somit die effektive Belichtungszeit der Kamera, also die Zeit, in der Licht gesammelt wird.
Tucsen sCMOS-Kameras können einen Pseudo-Global Shutter auf zwei Arten erreichen: Entweder durch Auslösen der Kamera und einer Lichtquelle mittels externer Zeitsteuerung (siehe Trigger In Hardware Trigger Setting: Global oben) oder durch Steuern einer auslösbaren Lichtquelle über die Trigger Out-Anschlüsse der Kamera, die auf die Einstellung Trigger Out Kind: Global eingestellt sind.
Zeitplanung für den globalen Betrieb
Beachten Sie, dass sich bei Verwendung eines Pseudo-Global Shutter die Bildrate der Kamera verringert, da zwischen den Einzelbildern die Auslese-/Belichtungsstartphase eingefügt werden muss. Die Dauer dieser Phase wird durch die Auslesezeit der Kamera bestimmt, beispielsweise etwa 42 ms für ein Vollbild einer Dhyana 95.
Die Gesamtzeit pro Bild ergibt sich aus dieser Bildzeit zuzüglich der „globalen“ Belichtungszeit zuzüglich einer etwaigen Verzögerung zwischen dem Ende des Auslesens des vorherigen Bildes und dem Auslöser für die Aufnahme des nächsten Bildes.
