Tucsen sCMOS カメラのトリガーの概要 |

Tucsen sCMOSカメラは、標準SMAインターフェースを備えたTTLトリガーを使用します。カメラと外部デバイスのトリガー入力ポートにSMA接続のトリガーケーブルを接続するだけで動作します。以下のカメラがこのインターフェースを使用しています。

● ディヤナ 400BSI
● ディヤーナ95
● ディヤナ400D
● Dhyana 6060 & 6060BSI
● Dhyana 4040 & 4040BSI
● ディアナ XF95/XF400BSI

お使いのカメラが Tucsen Dhyana 401D または FL20-BW である場合は、以下に示すこれらのカメラ固有の手順に従ってください。

下のピン配列図は、カメラのトリガーケーブルの接続先を示しています。カメラと外部デバイスを接続すれば、トリガーの設定は完了です。

トリガーケーブルとピン配置図

SMA トリガーインターフェイスを備えた sCMOS カメラのトリガーピン図。

SMAピン	ピン名	説明
1	TRIG.IN	カメラの取得タイミングを制御するためのトリガー入力信号
2	トリガ出力1	トリガー出力1 – 設定可能、デフォルト:「読み出し終了」信号
3	トリガアウト2	トリガー出力2 – 設定可能、デフォルト:「グローバル」信号
4	トリガアウト3	トリガー出力3 – 設定可能、デフォルト:「露光開始」信号

トリガー電圧範囲

SMA トリガーからの出力電圧は 3.3V です。

トリガー入力に許容される入力電圧範囲は3.3V～5Vです。

トリガー入力モード＆設定

Tucsen sCMOSカメラには、外部ハードウェアトリガー（トリガー入力信号）を処理するための複数の動作モードと、アプリケーションに合わせて最適化するための設定がいくつかあります。これらの設定は、お使いのソフトウェアパッケージで利用できるはずです。下のスクリーンショットは、TucsenのMosaicソフトウェアでこれらの設定がどのように表示されるかを示しています。

ハードウェアトリガー設定

この設定には4つのオプションがあり、カメラが外部トリガーに依存しない内部タイミングで動作するか、外部信号によってカメラの動作を制御するかを決定します。さらに、ソフトウェアトリガーの使用も可能です。

これらの設定は以下の表にまとめられており、詳細については次のセクションで説明します。

設定	説明
オフ	内部タイミングモード。すべての外部トリガーは無視され、カメラは最大速度で動作します。
標準	シンプルなトリガー動作モードで、各トリガー信号によってフレームの取得が促されます。
同期	最初の「開始」トリガー信号の後、カメラは継続的に動作し、新しいトリガー信号ごとに現在のフレームの露出が終了し、次のフレームが開始されます。
グローバル	カメラは、光源との同期により、ローリングシャッターカメラでグローバルシャッターの効果をエミュレートするために、「疑似グローバル」状態で実行されます。
ソフトウェア	SetGpio 関数を介してトリガー信号をシミュレートする高度なモード。

注記いずれの場合も、トリガー入力信号の受信から画像取得開始までの間には、ごくわずかな遅延が発生します。この遅延は、カメラのラインタイム（カメラが1ラインを読み取るのにかかる時間）の0～1倍の範囲になります。例えば、Dhyana 95の場合、ラインタイムは21μsなので、遅延は0～21μsの範囲になります。この遅延は、簡略化のため、以下のタイミング図には示されていません。

「オフ」モード

このモードでは、カメラは外部トリガーを無視して、内部タイミングで最大速度で動作します。

標準モード

標準モードでは、カメラの各フレームの取得に外部トリガー信号が必要です。露光時間は、トリガー信号（「露光：幅」）またはソフトウェア（「露光：時間指定」）で設定できます。

非トリガー取得と同様に、カメラは「オーバーラップモード」で動作できます。つまり、現在のフレームの最初のラインの露光と読み出しが完了するとすぐに、次のフレームの露光を開始できます。つまり、入力されるトリガー信号のレートと使用される露光時間に応じて、カメラの最大フレームレートまで利用できます。

A: 標準モードでの動作のトリガー (露出: 幅、エッジ: 上昇)。

B: 標準モード（露出：時間、エッジ：立ち上がり）におけるトリガーイン動作。黄色の図形はカメラの露出を表します。0H、1H、2H…はカメラの水平方向の各行を表します。CMOSカメラのローリングシャッターにより、行間で遅延が生じます。トリガーなしの「ストリーム」取得と同様に、新しいフレームの開始が現在のフレームの読み出しと重なる場合があります。つまり、黄色の図形の対角成分が互いに連動する可能性があります。

同期モード

同期モードは、たとえば回転ディスク共焦点顕微鏡でカメラの取得をディスクの回転と同期させて縞状のアーティファクトを回避するために使用できる強力なモードです。

このモードでは、最初のトリガー信号が最初のフレームの露光を開始します。次のトリガー信号は、現在のフレームの露光を終了し、読み出しプロセスを開始し、その直後に次の露光を開始します（下図参照）。この動作は、後続のトリガー信号ごとに繰り返されます。この場合、取得する画像の数よりも1つ多くの信号パルスを送信する必要があることに注意してください。

このモードでの露出時間は、1 つのトリガー信号と次のトリガー信号間の時間の長さによって設定されます。

トリガー信号間の最小時間はフレームの読み出し時間であり、カメラの最大フレームレートの逆数で表されます。フレームレートが24fpsのDhyana 95の場合、信号間の最小時間は1000ms / 24 ≈ 42msとなります。この時間より前に送信された信号はすべて無視されます。

グローバルモード

グローバルモードは、トリガー可能な光源／パルス光源と組み合わせることで、カメラを「擬似グローバル」状態で動作させ、特定の種類の撮影においてカメラのローリングシャッターで発生する可能性のある問題を回避します。擬似グローバルシャッターの詳細については、このページの最後にある「擬似グローバルシャッター」セクションをご覧ください。

グローバルモードの動作

グローバルモードトリガーが動作中です。

グローバルモードでは、ソフトウェアで画像取得を開始すると、カメラは「プリトリガー」によってフレームの露光を開始し、露光開始点をセンサー上で「ローリング」させます。この段階は、光源がオフの暗闇の中で実行する必要があります。

このプロセスが完了すると、カメラはトリガー信号を受信して「グローバル」露光を開始する準備が整います。この露光期間中、カメラに光が送られます。このグローバル露光フェーズの持続時間は、ソフトウェア（「露光：時間指定」など）または受信したトリガー信号の長さ（「露光：幅」など）によって設定されます。

この露出の終わりに、カメラは露出の終了部分の「ローリング」を開始し、次のフレームの露出前段階を直ちに開始します。この段階も、暗闇の中で行う必要があります。

光源が外部トリガー信号によって起動される場合、この信号はカメラの取得トリガーとしても使用できるため、ハードウェアのセットアップがよりシンプルで便利になります。また、光源がオンになったことを示すトリガー信号を出力する場合、この信号を使用してカメラの取得トリガーとして使用することもできます。

露出設定

カメラの露出時間は、ソフトウェア、またはトリガー信号の持続時間を介して外部ハードウェアによって制御できます。露出には2つの設定があります。

時間制限:カメラの露出はソフトウェアによって設定されます。

幅: ハイ信号（立ち上がりエッジモードの場合）またはロー信号（立ち下がりエッジモードの場合）の持続時間に基づいて、カメラの露光時間を決定します。このモードは「レベルトリガー」または「バルブトリガー」とも呼ばれます。

エッジ設定

この設定には、ハードウェアの設定に応じて 2 つのオプションがあります。

上昇: カメラの取得は、低から高への信号の立ち上がりエッジによってトリガーされます。

落下：カメラの取得は、高信号から低信号への立ち下がりエッジによってトリガーされます。

遅延設定

トリガーを受けてからカメラが露光を開始するまでの遅延時間を設定できます。0秒から10秒の間で設定でき、デフォルト値は0秒です。

トリガータイミングに関する注意: トリガーを見逃さないようにする

各モードにおいて、トリガー間の時間（高信号と低信号の合計）は、カメラが再び画像を取得できる状態になるのに十分な長さである必要があります。そうでない場合、カメラが再び画像を取得できる状態になる前に送信されたトリガーは無視されます。

各モードのタイミング要件については、上記のモードの説明を確認してください。

トリガー出力モードと設定

上記の「トリガーケーブルとピン配列図」セクションに示されているように、外部ハードウェアとカメラのトリガー出力ポートをトリガー出力ケーブルで接続すれば、セットアップに適したトリガー信号を出力するようにカメラを設定できます。この設定はソフトウェアパッケージで利用できるはずです。下のスクリーンショットは、TucsenのMosaicソフトウェアでこれらの設定がどのように表示されるかを示しています。

トリガー出力ポート

Tucsen sCMOSカメラには3つのトリガー出力ポートがあり、それぞれにTRIG.OUT1、TRIG.OUT2、TRIG.OUT3という専用のトリガー出力ピンがあります。各ポートは独立して設定、動作し、別々の外部デバイスに接続できます。

トリガーアウトカインド

トリガー出力がカメラ操作のどの段階を示すかについては、次の 5 つのオプションがあります。

露出開始フレームの最初の行の露光が開始された瞬間に、トリガー信号（「立ち上がりエッジ」トリガーの場合はローからハイへ）を送信します。トリガー信号の幅は「Width」設定によって決まります。

読み出し終了カメラの最終行の読み出しが終了したことを示します。トリガー信号の幅は「Width」設定によって決まります。

グローバルな露出露光開始の「ローリング」後から露光終了と読み出しの「ローリング」前までの、カメラの全行が同時に露光する露光段階を示します。実験において光源やその他のイベントを制御するために使用すると、「擬似グローバルシャッター」を実現できます。これにより、sCMOSローリングシャッターの影響を受けずに、カメラセンサー全体で同時にデータを取得できます。擬似グローバルシャッターの詳細については、以下の「擬似グローバルシャッター」セクションをご覧ください。

高い: このモードでは、ピンから一定のハイ信号が出力されます。

低い：このモードでは、ピンから一定の低信号が出力されます。

トリガーエッジ

トリガーの極性を決定します。

ライジング：立ち上がりエッジ（低電圧から高電圧へ）はイベントを示すために使用されます

落下：下降エッジ（高電圧から低電圧へ）はイベントを示すために使用されます

遅れ

トリガータイミングにカスタマイズ可能な遅延を追加することで、すべてのトリガー出力イベント信号を0秒から10秒までの指定時間だけ遅延させることができます。デフォルトでは遅延は0秒に設定されています。

トリガー幅

イベント発生時に使用するトリガー信号の幅を指定します。デフォルトの幅は5msで、1μsから10sの間でカスタマイズできます。

疑似グローバルシャッター

一部の画像処理アプリケーションでは、ローリングシャッターカメラの動作によって、アーティファクト、タイミングの非効率性、サンプルへの光量、あるいはフレーム間でハードウェアの変更が発生することで画像間のクロスオーバーが生じる可能性があります。擬似グローバル動作は、これらの課題を克服できます。

どうやって擬似地球l シャッターワークス

フレームの露光が始まると、各行の露光開始位置がカメラ上で「ロール」され、各行が露光されるまで続きます。このプロセス中に光源がオフになり、カメラに光が届かなかった場合、「ロール」段階では情報は取得されません。すべての行の露光が開始されると、カメラは「グローバル」に動作し、センサーを通過することなくカメラのすべての部分が光を受け取る準備が整います。

露出の終わりの「ローリング」と各行の読み取りがセンサーの下方に移動している間に光源が再びオフになると、この非グローバルフェーズ中に再び情報は取得されません。

したがって、光源パルスの持続時間によって、カメラの有効露出、つまり光が収集される時間が決まります。

Tucsen sCMOS カメラは、2 つの方法で疑似グローバルシャッターを実現できます。外部タイミングを介してカメラと光源をトリガーする方法 (上記の「トリガー入力ハードウェアトリガー設定: グローバル」を参照)、または「トリガー出力種類: グローバル」設定に設定されたカメラのトリガー出力ポートを介してトリガー可能な光源を制御する方法です。

グローバルオペレーションのタイミング

擬似グローバルシャッターを使用する場合、フレーム間に読み出し／露光開始フェーズを含める必要があるため、カメラのフレームレートが低下することに注意してください。このフェーズの持続時間はカメラの読み出し時間によって決まり、例えばDhyana 95のフルフレームでは約42ミリ秒です。

フレームあたりの合計時間は、このフレーム時間と「グローバル」露出時間と、前のフレームの読み出しの終了から次のフレームの取得を開始するためのトリガーまでの遅延を足して算出されます。