Tucsen sCMOSカメラのトリガー設定

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。カメラから外部機器のトリガー入力ポートにSMAコネクタ付きのトリガーケーブルを接続するだけで済みます。以下のカメラはこのインターフェースを使用します。

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

お使いのカメラがTucsen Dhyana 401DまたはFL20-BWの場合は、下記に記載されている各カメラ専用の手順に従ってください。

下のピン配置図は、カメラのトリガーケーブルの接続箇所を示しています。カメラと外部機器の間をケーブルで接続すれば、トリガーの設定準備は完了です！

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ースを備えたsCMOSカメラのトリガーピン配置図。

SMAピン	ピン名	説明
1	TRIG.IN	カメラの撮影タイミングを制御するためのトリガー入力信号
2	TRIG.OUT1	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	TRIG.OUT2	トリガー出力2 – 設定可能、デフォルト:「グローバル」信号
4	TRIG.OUT3	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。

トリガーモード＆設定

Tucsenの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があり、アプリケーションに合わせて最適化および選択できる設定もいくつか用意されています。これらの設定は、ソフトウェアパッケージ内で利用できます。以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とは独立した内部タイミングに基づいて動作するか、外部信号によって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を使用することも可能です。

これらの設定は以下の表にまとめられており、詳細については以降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。外部からのトリガーは全て無視され、カメラは可能な限り最高の速度で動作します。
標準	シンプルなトリガー動作モードで、各トリガー信号がフレームの取得を促す。
同期済み	最初の「スタート」トリガー信号が送られると、カメラは連続的に動作し、新たなトリガー信号が送られるたびに、現在のフレームの露光が終了し、次のフレームの露光が開始されます。
グローバル	カメラは「擬似グローバル」状態で動作し、光源との同期によって、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します。
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データ取得開始までの間に、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）から0～1ラインタイムの間になります。例えば、Dhyana 95の場合、ラインタイムは21μsなので、遅延は0～21μsの間になります。この遅延は、簡略化のため、下記のタイミング図には表示されていません。

「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、内部タイミングに基づいて最大速度で動作します。

標準モード

標準モードでは、カメラで撮影する各フレームごとに外部トリガー信号が必要です。露光時間は、トリガー信号によって設定することも（「露光：幅」の場合）、ソフトウェアによって設定することもできます（「露光：時間指定」の場合）。

トリガーなしの撮影と同様に、カメラは「オーバーラップモード」で動作できます。これは、現在のフレームの最初の行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ることを意味します。つまり、入力されるトリガー信号のレートと使用する露光時間に応じて、カメラの最大フレームレートまで使用可能です。

A: 標準モード（露出：幅、エッジ：上昇）での動作をトリガーします。

B：標準モード（露出：時間、エッジ：立ち上がり）でのトリガー動作。黄色の図形はカメラの露出を表します。0H、1H、2H…は各水平カメラ行を表し、CMOSカメラのローリングシャッターにより、行ごとに遅延があります。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、つまり、黄色の図形の対角成分が互いに重なり合う可能性があります。

同期モード

同期モードは強力なモードであり、例えば、スピニングディスク共焦点顕微鏡において、カメラの画像取得をディスクの回転と同期させることで、筋状のアーティファクトを回避するために使用できます。

このモードでは、最初のトリガー信号によって最初のフレームの露光が開始されます。次のトリガー信号によって現在のフレームの露光が終了し、読み出し処理が開始され、その後すぐに次の露光が開始されます（下図参照）。これは、後続のトリガー信号ごとに繰り返されます。なお、このモードでは、取得する画像の数よりも1つ多い信号パルスを送信する必要があります。

このモードにおける露光時間は、あるトリガー信号から次のトリガー信号までの時間間隔によって決まります。

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、これは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無視されます。

グローバルモード

トリガー可能な／パルス光源と組み合わせることで、グローバルモードはカメラを「擬似グローバル」状態で動作させ、特定の種類の撮影時にカメラのローリングシャッターによって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、このページ末尾の「擬似グローバルシャッター」のセクションを参照してください。

グローバルモードの動作方法

グローバルモードトリガー作動中。

グローバルモードでは、ソフトウェアで撮影を開始すると、カメラが「プリトリガー」されてフレームの露光が開始され、露光開始点がセンサー上を「ローリング」できるようになります。この段階は、光源がオフの暗闇の中で行う必要があります。

この処理が完了すると、カメラは「全体」露光を開始するためのトリガー信号を受信する準備が整います。全体露光中は、カメラに光が送られます。この全体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：幅指定」など）によって設定されます。

この露光が終了すると、カメラは露光終了の「ローリング」を開始し、直ちに次のフレームの露光前処理を開始します。この段階も、暗闇の中で行われる必要があります。

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撮影開始をトリガーするためにも使用でき、ハードウェアのセットアップをよりシンプルかつ便利にすることができます。あるいは、光源が点灯状態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撮影開始をトリガーすることも可能です。

露出設定

カメラの露光時間は、ソフトウェアまたは外部ハードウェアによるトリガー信号の持続時間によって制御できます。露光には2つの設定があります。

時間制限あり:カメラの露出はソフトウェアによって設定されます。

幅: 立ち上がりエッジモードの場合は高信号、立ち下がりエッジモードの場合は低信号の持続時間によって、カメラの露光時間が決定されます。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。

エッジセッティング

お使いのハードウェア構成に応じて、この設定には2つのオプションがあります。

上昇中カメラによる画像取得は、低レベルから高レベル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:カメラによる画像取得は、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

トリガー信号を受信し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。この遅延時間は0秒から10秒の間で設定でき、デフォルト値は0秒です。

トリガーのタイミングに関する注意点：トリガーを見逃さないようにしてください

各モードにおいて、トリガー間の時間間隔（高信号と低信号の持続時間の合計）は、カメラが再び画像を取得できる状態になるまで十分に長くなければなりません。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、上記のモード説明を参照してください。

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置図」の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したら、カメラがセットアップに適したトリガー信号を出力するように設定できます。この設定は、ソフトウェアパッケージで行うことができます。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のsCMOSカメラには、それぞれTRIG.OUT1、TRIG.OUT2、TRIG.OUT3という専用のトリガー出力ピンを備えた3つのトリガー出力ポートがあります。各ポートは個別に設定、動作させることができ、それぞれ異なる外部機器に接続できます。

トリガーアウトの種類

トリガー出力がカメラ動作のどの段階を示すかについては、5つの選択肢があります。

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」トリガーの場合は低レベルから高レベルへ）を送信します。トリガー信号の幅は、「幅」設定で決定されます。

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「幅」設定で決定されます。

グローバルな露出これは、露光開始時の「ローリング」の後、露光終了および読み出し時の「ローリング」の前に、カメラの全行が同時に露光される露光フェーズを示します。実験における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」として機能します。これにより、sCMOSローリングシャッターの影響を受けることなく、カメラセンサー全体でデータを同時に取得できます。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」のセクションを参照してください。

高いこのモードでは、ピンから常にハイ信号が出力されます。

低い：このモードでは、ピンから常に低い信号が出力されます。

トリガーエッジ

これはトリガーの極性を決定します。

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

落下:立ち下がりエッジ（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時間を追加することで、すべてのトリガー出力イベント信号を0秒から10秒の間で指定した時間だけ遅延させることができます。デフォルトでは、遅延時間は0秒に設定されています。

トリガー幅

これは、イベントを示すために使用されるトリガー信号の幅を決定します。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。

擬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り、アーティファクトの発生、タイミングや試料への光照射量の非効率性、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による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 グローバルl シャッターワークス

フレームの露光が開始されると、各行の露光開始がカメラ内を「ローリング」し、すべての行が露光されるまで続きます。この過程で光源がオフになり、カメラに光が届かなくなると、「ローリング」フェーズ中に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、センサー全体で時間差なく光を受け取る準備が整います。

露光終了時の「ローリング」と各行の読み出しがセンサー上を移動している間に光源が再び消灯された場合、この非グローバルフェーズでは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は、カメラの実効露光時間、つまり光が収集される時間を決定する。

Tucsen sCMOS カメラは、2 つの方法で擬似グローバルシャッターを実現できます。1 つは、外部タイミングを使用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)、もう 1 つは、トリガー出力ポートを「トリガー出力の種類: グローバル」に設定して、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42msです。

1フレームあたりの合計時間は、このフレーム時間、全体の露光時間、および前のフレームの読み出し終了から次のフレームの取得開始トリガーまでの遅延時間の合計によって決まります。