연구실이나 실험 장비를 구성하다 보면 일반적인 디지털카메라와는 다른 성능의 카메라가 필요한 경우가 있습니다.

특히 형광 관찰, 미세한 광 신호 측정, 생명과학 연구, 광학 실험처럼 매우 약한 빛을 정확하게 촬영하거나 빠르게 변화하는 현상을 기록해야 하는 환경에서는 일반 카메라보다 과학용 카메라가 적합할 수 있습니다.

이러한 연구·실험 분야에서 많이 활용되는 제품군 중 하나가 하마마츠 카메라(HAMAMATSU Camera)​입니다.

하마마츠 포토닉스는 과학용 카메라를 비롯해 다양한 광검출 및 이미징 관련 제품을 개발하고 있으며, 과학용 카메라 제품군에서는 ORCA 시리즈와 InGaAs 카메라 등을 확인할 수 있습니다.

과학용 카메라는 일반 카메라와 무엇이 다를까?

일반적인 카메라는 사진이나 영상을 선명하게 촬영하는 것을 주된 목적으로 합니다.

반면 과학용 카메라는 단순히 이미지를 기록하는 것을 넘어 실험 과정에서 발생하는 미세한 광 신호를 검출하고 분석하는 것을 중요하게 생각합니다.

예를 들어 매우 어두운 환경에서 발생하는 약한 빛을 촬영하거나 빠르게 움직이는 현상을 연속적으로 기록해야 하는 경우에는 카메라의 감도, 노이즈, 프레임 속도 등의 특성이 중요합니다.

따라서 과학용 카메라를 선택할 때는 단순한 화질뿐만 아니라 다음과 같은 요소를 함께 살펴봐야 합니다.

이미지 센서의 종류

-감도 및 양자효율

-읽기 노이즈

-프레임 속도

-노출 시간

-인터페이스

-촬영 대상의 파장 영역

-실험 환경과의 호환성

하마마츠 카메라의 대표적인 ORCA 시리즈

하마마츠 카메라를 살펴보면 ORCA 시리즈를 확인할 수 있습니다.

ORCA 제품군에는 연구 및 실험용으로 활용되는 다양한 CMOS 카메라가 있으며, 모델에 따라 감도와 속도, 센서 특성 등이 다르게 구성됩니다.

ORCA-Spark

ORCA-Fusion

ORCA-Fusion BT

ORCA-Flash4.0 V3

ORCA-Flash4.0 LT+

제품별로 특성이 다르기 때문에 촬영하려는 대상과 실험 조건에 맞춰 선택하는 것이 중요합니다.

ORCA-Fusion과 ORCA-Fusion BT

ORCA-Fusion 계열은 높은 성능이 요구되는 과학용 CMOS 카메라를 찾을 때 고려할 수 있는 제품군입니다.

특히 ORCA-Fusion BT는 낮은 읽기 노이즈, CCD와 유사한 균일성, 빠른 프레임 속도, 높은 양자효율을 위한 Back-thinned 구조 등을 특징으로 내세우고 있습니다.

이러한 특성은 약한 광 신호를 검출해야 하는 실험이나 높은 신호 대 잡음비가 중요한 이미징 환경에서 유용할 수 있습니다.

따라서 생명과학 연구나 형광 이미징처럼 미세한 신호를 관찰해야 하는 분야에서 활용을 고려할 수 있습니다.

ORCA-Flash4.0 V3는 어떤 카메라일까?

ORCA-Flash4.0 V3 역시 과학 연구용으로 설계된 CMOS 카메라입니다.

하마마츠 공식 자료에서는 이미지 촬영뿐만 아니라 검출, 정량화, 빠른 촬영이 필요한 실험​까지 대응할 수 있는 카메라로 소개하고 있습니다.

또한 카메라 내부의 FPGA 처리를 활용한 데이터 처리와 픽셀 단위 보정, USB 3.0 기반의 빠른 데이터 전송, 다양한 트리거 기능 등을 갖추고 있습니다.

따라서 단순히 이미지를 촬영하는 것뿐만 아니라 실험 데이터를 정밀하게 취득해야 하는 연구 환경에서 활용하기 적합한 제품군이라고 볼 수 있습니다.

ORCA-Spark와 ORCA-Fusion은 어떻게 다를까?

하마마츠 카메라를 선택할 때는 모델명만 보기보다는 실제 실험 환경을 기준으로 비교하는 것이 좋습니다.

ORCA-Spark와 ORCA-Fusion은 모두 과학용 CMOS 카메라에 속하지만 제품의 성능과 용도가 동일하지 않습니다.

실험에서 필요한 것이 기본적인 과학용 이미징인지, 매우 약한 신호를 검출해야 하는 환경인지, 빠른 현상을 촬영해야 하는 환경인지에 따라 적합한 모델이 달라질 수 있습니다.

따라서 카메라를 선택하기 전에는 촬영 대상의 밝기와 움직임, 필요한 감도, 촬영 속도, 사용 파장 등을 먼저 확인하는 것이 좋습니다.

InGaAs 카메라는 무엇이 다를까?

하마마츠 카메라 제품군에서 또 하나 눈여겨볼 부분은 InGaAs 카메라입니다.

InGaAs는 Indium Gallium Arsenide, 즉 인듐갈륨비소를 의미하며 적외선 영역의 빛을 검출하는 데 사용되는 이미지 센서 소재입니다.

따라서 일반적인 가시광 영역의 카메라와는 촬영할 수 있는 파장 영역에서 차이가 있습니다.

현재 해당 제품군에는 다음과 같은 InGaAs 카메라가 포함되어 있습니다.

InGaAs C15333-10E

InGaAs C14041-10U

InGaAs C12741-03

제품 페이지에서도 이 세 제품이 별도의 InGaAs 카메라로 분류되어 있습니다.

하마마츠의 공식 카메라 자료에서도 C15333-10E는 InGaAs 라인 스캔 카메라로, C12741-03과 C14041-10U는 InGaAs 카메라로 구분하고 있습니다.

InGaAs 카메라는 어디에 활용할까?

InGaAs 카메라는 적외선 영역을 관찰해야 하는 환경에서 활용할 수 있습니다.

예를 들어 다음과 같은 분야를 생각해 볼 수 있습니다.

적외선 이미징

광학 및 레이저 연구

반도체 검사

소재 분석

광통신 관련 연구

근적외선 영역의 광 신호 관찰

특히 가시광 카메라만으로는 확인하기 어려운 파장 영역을 관찰해야 한다면 InGaAs 카메라를 고려할 수 있습니다.

하마마츠 카메라를 선택할 때 확인해야 할 사항

하마마츠 카메라처럼 연구·실험용으로 사용되는 카메라는 제품마다 특성이 다르기 때문에 사용 목적을 먼저 정하는 것이 중요합니다.

1. 어떤 파장을 촬영하는가?

가시광 영역의 촬영인지, 근적외선 등 특정 파장 영역의 촬영인지 확인해야 합니다.

촬영하려는 빛의 파장에 따라 적합한 센서가 달라질 수 있습니다.

2. 얼마나 어두운 대상을 촬영하는가?

형광이나 미약한 광 신호처럼 빛이 매우 약한 대상을 촬영한다면 감도와 노이즈 특성을 중요하게 살펴봐야 합니다.

특히 저조도 환경에서는 작은 노이즈 차이도 촬영 결과에 영향을 줄 수 있습니다.

3. 빠르게 움직이는 대상을 촬영하는가?

움직임이 빠른 실험에서는 프레임 속도와 데이터 전송 속도가 중요합니다.

시간에 따라 변화하는 현상을 분석해야 한다면 필요한 촬영 속도를 먼저 정한 후 제품을 비교하는 것이 좋습니다.

4. 어떤 인터페이스가 필요한가?

카메라와 PC를 연결하는 인터페이스도 확인해야 합니다.

현재 제품군에는 USB 3.0 방식의 카메라가 다수 포함되어 있으며, InGaAs C15333-10E와 같이 GigE 인터페이스를 사용하는 제품도 있습니다.

실험 장비의 PC 환경이나 데이터 전송 조건에 맞춰 인터페이스를 선택하는 것이 좋습니다.

하마마츠 카메라는 다양한 연구 및 실험 환경에서 활용할 수 있는 과학용 카메라 제품군을 갖추고 있습니다.

ORCA-Spark부터 ORCA-Fusion, ORCA-Fusion BT, ORCA-Flash4.0 V3, ORCA-Flash4.0 LT+까지 다양한 CMOS 카메라가 있으며, 적외선 영역의 관찰이 필요한 경우에는 InGaAs 카메라를 선택할 수 있습니다.

따라서 카메라를 선택할 때는 단순히 해상도만 비교하기보다 촬영 파장, 감도, 노이즈, 촬영 속도, 인터페이스, 실험 목적​을 종합적으로 확인하는 것이 중요합니다.

연구·실험 환경에서 일반 카메라보다 높은 수준의 광 검출 성능이 필요하다면, 이러한 과학용 카메라 제품군을 검토해 볼 수 있습니다.