Detector
sCMOS



CMOSとsCMOSの違いは？


　ｓCMOSセンサーは「次世代」のCMOSセンサーと考えられています。

ｓCMOS技術はCMOS開発の初期段階において、新しいCMOSセンサーと従来のCCDセンサーとのギャップを

埋める為に導入されたものです。当初のCMOSセンサーにはダイナミックレンジ、読み出しノイズ、フレームレート

解像度に妥協があっため、低照度性能とダイナミックレンジおよびハイファイ（高再現性）が重要視去れる科学的な

アプリケーションに適したセンサーとなった。

　しかしながら、従来のCMOSセンサーも量子効率や内部ノイズの低減性能が大幅に改善されて、さらに、

ｓCMOSカメラよりも遥かに低価格で提供されている為、最新のＣＭＯＳセンサーの導入も検討する動機になっている。

　ｓCMOSセンサーは、裏面照射と大きな画素サイズを採用して、全体的なノイズがCCDと同様に低い。

また高いダイナミックレンジ、高分解能、広いFOV（Field of View）を同時に達成する。

さらにｓCMOSはペルチェ素子を使った冷却装置が採用されており、熱ノイズを減らしています。

また、Camera LinkやCoaXpressのような画像入力ボードを備えた広帯域インターフェイスを必要としている為、

高速フレームレイトな分ビジョンシステムが複雑化する為に結果、高額になっています。

一方、CMOSセンサーは、量子効率やノイズリダクションが改善され、冷却なくてもｓCMOSに近づきつつあります。

インターフェイスは、USB3,GigE,１０GigEなどの民生用インターフェイスを用いており、

画像入力ボードを必要としない為、システムが複雑にならずコストを軽減することが出来ます。

今後登場する25/100GigEやUSB4,CXPXなどのインターフェイスでは帯域幅が格段に広くなるので、

ｓCMOSでもコスト面の問題は無くなるかもしれません。

次にいくつか、ｓCMOSとそれに匹敵するCMOSを比較してみよう。


他のプレイヤーは、
も挙げられる。このうち高速

Scientific CMOS (sCMOS) Camera Market Size - Forecast 2031 (businessresearchinsights.com)
(25) Scientific CMOS (sCMOS) Camera Market Share Research Report [2024-2031] | 100 Pages | LinkedIn
メーカ  Andor PCO　GmbH   Hamamatsu Photonics   Teledyne Photometrics
Sensor Basic Spec      
型式 Zyla 4.2 Plus pco.edge 4.2  pco.edge 3.1 USB  ORCA-Flash4.0 V3 / C13440-20C  ORCA-Quest / C15550-20UP  Prime BSI Express
 Cemra views            
Type scientific CMOS scientific CMOS scientific CMOS  scientific CMOS  Quantitative CMOS  scientific CMOS
image sensor CIS2020A      
Sensor type  Front illuminated sensor Monochrome or color   Back illuminated sensor   
Resolution(pixels) 2048 x 2048 2048 x 2048 2048 x 1536
 2048 x 2048 4096 x 2304  
Pixel size(um) 6.5x6.5 6.5x6.5 6.5x6.5 6.5x6.5 4.6x4.6  
Sensor size(mm) 13.3x13.3 13.3x13.3 13.3x10.0 13.3x13.3 18.8x10.6  
Sensor Noise spec        
Fullwell Capacity(e-) 30000 30000  30000  30000  7000  
Redout noise(e-)  0.90med./1.1rms @slow
1.1med./1.3rms @fast mode 		 0.8med./1.3rms @slow
0.9med./1.4rms @fast mode 		  1.1med./1.5rms @RS/GR
2.7med./2.9rms @GS 		  0.8med./1.4rms @slow
1.0med./1.6rms @fast mode 		  xx med./0.27rms @Ultra quiet scan
xxmed./0.43rms @fast mode 

  
Dynamic Range
(dB) 		 33000:1 calculated by 30000el/0.9 el. med. 37500:1 calculated by 30000 el./0.8 med. el.
91.5
@Slow scan 		  27000:1 calculated by 30000 el./1.1 med. el. 37000:1 calculated by 30000el/0.8 med el  26000:1 calculated by 7000el/0.27 el rms  
Dark current
（e-/pixel/sec） 		 Air cooled: 0.10
Water cooled 0.019 
@min. temperature		 ＜0.6＠7℃  < 0.5 @RS/GR +5deg sensor temp.
< 0.8 @GS +5deg sensor temp.		  0.06＠-10deg air cooling
0.006@-30deg water cooling 		 0.016＠-20deg air cooling and ambient temp. +25 deg
0.006@-35deg water cooling and water temp. +20deg and ambient temp. +20deg


  
DSNU (e- rms) :Dark Signal Non-uniformity  ??? < 0.3   < 0.3 @RS/GR
< 2.0 @GS		  0.3   0.06@ Ultra quiet scan  
PRNU (%) : Photo response non-uniformity <0.01% Half-light range
< 0.1% Low light range		 < 0.3  < 0.2 0.06% @ 15000 el
0.3% @ 700 el		  0.1% @ 3500 el  
Anti Blooming Factor  10000  ＞10000  ＞10000      
 Quantum effiency

       
Drift         
SNR 
       
 Camera Spec    
Frame rate (fps) 
@full pixels		 101 100@ RS, Fast Scan  50 fps GS/RS 100 @standard scan and Camera Link  120 fps@Standard scan CoaXpress, 17.6fps USB
5fps @Ultra quiet scan 		  
Readout mode  Rolling shutter and Global clear Rolling shutter with free selectable readout modes        
Readout time
(Read out all pixels) 		   10ms @standard scan
33ms @slow scan		    
Exposure time  100 us to 10s @RS 500 usec to 2sec (RS)   1ms to 10s @standard scan internal sync. and read out all pixels 7.2us to 1800sec@standard scan
199.9 ms to 1800sec@Ultra quiet scan		  
Dynamic Range A/D (bit)  12 / 16 16 16   16/ 12 / 8  16/ 12/ 8  
A/D conversion factor (e-/count)     0.46 0.46       
pixel scan rate/
pixel data rate 		  540 MHz/

@fast read		 272.3 MHz/
544.6 Mpixel/s
@fast scan 		 105.0 MHz  /
210 MPixels/s
@RS/GR		   1150??Mpixels/s
@standard scan 		  
binning H / V  2x2, 3x3, 4x4, 8x8 x1,x2,x4/
x1,x2,x4		 x2, x4     x1,x2,x4/
x1,x2,x4		  
non linearity  Better than 99.8% @full light range
Better than 99.9% @Low light range (<1000 el.) 
 < 1%  < 0.6%   0.5% @EMVA 1288 standard
0.2% / 絶対誤差換算時　1.0 el以下 @＜500el 		 0.5% @EMVA 1288 standard  
cooling method  +5 deg. stabilized selectable;
peltier with forced air(fan)
or
water cooling
(both up to 27 deg. ambient)		  +5 deg. stabilized selectable;
peltier with forced air(fan)

(both up to 27 deg. ambient)		 強制空冷（周囲温度20℃）：-10℃
水冷（水温+20℃）：−10℃
最大冷却（水温+15℃、周囲環境温度+20℃）：-30℃以下（Typ.） 		  強制空冷（周囲温度25℃）：-20℃
水冷（水温+25℃）：−20℃
最大冷却（水温+20℃、周囲環境温度+20℃）：-35℃以下（Typ.）		  
data interface  USB 3.0 / Camera Link 10-tap  Camera Link Full
(10 taps, 85MHz) 		 USB 3.0   Camera Link Full configuration Deca mode / USB3.0 USB 3.1 Gen.1 / CoaXPress (Quad CXP-6)   
  General    
Power supply    12 .. 24 VDC (+/-10%)     AC100V to 240V  AC100V to 240V  
Power consumption    20 W max (typ. 10W @20 deg)    70VA@AC100 / 120VA@AC240  155VA  
Operating temperature  Air cooled: 0 deg upto 27 deg ambient
water cooled: -10deg  		 +10 to 40 deg     0 to +40 deg  0 to +40 deg  
Operating humid range  10 % .. 80 %(non-condensing)   30% to 80% without 結露  30% to 80% without 結露   
Optical interface    F-mount & C-mount         
CE/FCC cerified  yes        
Other features    低読み出しノイズにより光子数識別実現



クロストークを低減（トレンチ構造を採用）

よってMTFの改善している。

エタロニング抑制
（Siの裏面からの反射光との干渉。
特に裏面照射型EMCCDセンサや、また近赤外光では発生しやすい。）

  
Link  Zyla-4.2-Specifications-Life-Science.pdf (oxinst.com) pco.edge_4.2.pdf (physimetrics.com)  pco_edge_3_1_USB_Datasheet.pdf  ORCA-Flash4.0 V3 デジタルCMOSカメラ C13440-20CU (hamamatsu.com)  ORCA-Quest qCMOSカメラ C15550-20UP (ライフサイエンス用) (hamamatsu.com)  Prime-BSI-Express-Datasheet-Rev-A6-07032023.pdf (photometrics.com)