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Pyrocam
UV / IR 対応ビームプロファイラ

パイロカム IIIHR & IV シリーズ

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    Pyrocam IIIHR

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    Pyrocam IV

  • 測定波長 13~355nm および 1.06~>3000µm
  • 撮像用CO₂レーザ、通信用NIRレーザ、遠赤外テラヘルツ光源
  • リニアダイナミックレンジ 1000:1の焦電式カメラでを正確な
    ビームプロファイリングが可能
  • チョッパ内蔵によりCWビームやサーマルイメージングに対応
  • 交換可能な各種ウィンドウにより様々な用途に対応
  • 付属のBeamGage (ビームゲージ) レーザビーム解析ソフトウェアで定量分析、画像表示

レーザビームをより鮮明に見る

Pyrocamシリーズは鮮明で安定したビームプロファイルを映し出します。
2Dや3Dで表示された画像で、レーザの性能や運用に影響を与えるビームの特性を
素早く認識する事ができます。
問題を起こす可能性のあるレーザの変化に即座に警告を発します。
瞬時のフィードバックがレーザパラメータの適宜な修正やリアルタイムな調整を可能にします。
例えば、加工現場においてプロファイルを観測することによって、モードの乱れを直ちに認識し
正常なビームへの調整を可能にします。
モードの乱れたビームでの加工では良い結果は得られません。

図1. 調整不足な高出力CO₂レーザ   図2. 正常な調整をしている高出力CO₂レーザ
図1. 調整不足な高出力CO₂レーザ   図2. 正常な調整をしている高出力CO₂レーザ

PyrocamIIIHR(パイロカム スリーエイチアール)は、有効画素エリア12.8mm×12.8mmの
2次元イメージセンサとなっており、信号を16bitでデジタル化、高速通信 アプリケーション用GigE対応です。

改良版のPyrocamIV(パイロカム フォー)はデザインも一新され、有効画素エリア 25.6mm×25.6mmの
2次元イメージセンサとなっており、カメラ感度も向上しています。
信号を16ビットでデジタル化、高速通信アプリケーション用GigE対応です。

いずれのモデルも、チョッパ内蔵によりCWレーザのビームプロファイル及びサーマルイメージングに対応します。
対応OSはWindowsとなっており、セットアップも簡単に行え、
BeamGageソフトウェアで容易に定量分析結果や画像の表示が可能です。

パルスおよびCWレーザ

Pyrocamシリーズは、パルスとCWどちらのレーザでもプロファイル測定が行えます。
センサには焦電素子を採用していますので、フェムト秒から12.8msまでのパルス光の測定が可能です。
焦電素子は強度の変化を測定しているので周囲の温度変化の影響を受けにくい特徴があります。
CWレーザの場合、チョッピングして信号の変化を生じさせる必要があるので、パイロカムには
オプションとして内蔵型チョッパが用意されています。


テラヘルツ光源のビームプロファイル測定

Pyrocamシリーズは、THzレーザや光源を測定するのに大変優れたツールです。
素子には1µmから3000µm (0.1THzから300THz)を超える波長を吸収するコーティングが施されております。
THz光源に対する感度はサチレーションレベルで 1.5mW/cm² 程度と低いのですが、S/N比1000であれば、
30mW/cm2のビームでも十分に観測できます。
さらにUltracalベースライン設定で、複数フレーム合成してノイズ成分を取り除くことができます。
256フレームの合成で 0.5〜1.0mW/cm²の低出力ビームで観測が可能となります。

パイロカムIII によるTHzレーザビーム測定例, 0.2THz (1.55mm), 3mW,19フレーム合成   パイロカム IVによるTHz レーザビーム測定例, 0.5 THz (5mm), 5mW,シングルフレーム
パイロカムIII によるTHzレーザビーム測定例, 0.2THz (1.55mm), 3mW, 19フレーム合成   パイロカム IVによるTHz レーザビーム測定例, 0.5THz (5mm), 5mW, シングルフレーム


広範囲の波長域に対応

Pyrocam シリーズのディテクタには、UVからIRのレーザ波長で使用できるように非常にブロードな
コーティングが施されています。下図でUV側は100nmから始まっていますが、X線での感度もあります。
同じくIR側は100µmで終わっていますが、3000µmまで使えます。

Pyrocam TM III検出アレイの波長感度(ウインドウなし)
Pyrocam™ III検出アレイの波長感度(ウインドウなし)

従って近赤外域のNd:YAG (1.06µm)、通信帯域 (1.3µm・1.55µm)、中赤外域のHF/DF (4µm)、
遠赤外域の自由電子レーザ (193-3000µm) の測定が行えます。

Er:YAGレーザ 2.9µm 赤外線ファイバからの出力 THzレーザ 1.6THz (184µm) 自由電子レーザ 100µm
Er:YAGレーザ 2.9µm 赤外線ファイバからの出力 THzレーザ 1.6THz (184µm) 自由電子レーザ 100µm

パイロカムはさらに紫外線においても極めて有効で、エキシマやYAG3倍波/4倍波など157nmから355nmの
紫外光を素子を損傷することなく安定した測定を行えます。
(焦電検出器は可視域で動作しますので、CO₂レーザのアライメント用HeNeレーザを観測することができます。
しかし、根本的にシリコン・マルチプレクサからの不適切な応答により性能が低下しますので、
可視域の定量測定はPyrocamは推奨しません。)


ハイブリッド回路内蔵センサ

パイロカムシリーズはソリッドステート読み取りマルチプレクサ上にインジウムバンプとともに
頑丈なLiTaO3焦電クリスタルが取り付けられています。
このセンサは元々PyrocamI用に開発されたものですが、これまでの改良で現在入手可能な赤外線検出アレイの中で、
最も頑丈で安定性があり、精度の高いものになっています。
左図はウインドウを取り付ける前のセンサです。
焦電クリスタル上に照射されたレーザ光は吸収されたり熱に変換されたりしますが、
これによって表面に電荷が生じます。そしてマルチプレクサがこの電荷を読み取ります。
短いレーザパルスで使用する場合、カメラのファームウェアは熱による生成信号を正確に捉えるために
極めて短いシャッタを切っています。

Pyrocam™ IIIHR 12.8X12.8mm 素子アレイ   PyrocamIV 25X25mm 素子アレイ
Pyrocam™ IIIHR 12.8X12.8mm 素子アレイ   PyrocamIV 25X25mm 素子アレイ

最新エレクトリック技術

カメラの大きな特徴は、カメラノイズの深いところまでデジタル化するアA/Dコンバータです。
これによりレーザビームエッジの大小両方の信号について信頼性の高い測定と分析が可能となります。
高分解能デジタル化はさらに、ノイズから微弱な信号を取り出すための正確な積算や平均化も可能としています。
これは1.3µmや1.55µmの光ファイバを対象とする際やサーマルイメージングの際に特に有効です。


検出器のダメージスレッショルド

パイロカムセンサは、CCDカメラより100倍の耐久強度を持っています。
特に高出力レーザで低減率を求められている場合には、パイロカムが理想的です。
それでも、エネルギの高すぎるパルスレーザの場合、素子を損傷しかねません。

焦電検出器コーティングのパルスレーザによるダメージスレッショルド
焦電検出器コーティングのパルスレーザによるダメージスレッショルド

BeamGage ビームプロファイル解析ソフトウェア

Pyrocam (パイロカム) シリーズには、BeamGageビームプロファイル解析ソフトウェアが標準装備されています。
BeamGageは最先端のビーム解析ソフトウェアで、大量のデータを取得し、ビーム径、形状、均一性、拡がり角、
モード、パワー分布などのビームパラメータ解析を行います。PyrocamをPCに接続するとソフトウェアが起動し、
接続されているカメラが認識され、直ちにデータ取得待機状態となります。

BeamGageでのビーム解析表示例(PyrocamIIIHR&IV接続)
BeamGageでのビーム解析表示例(PyrocamIIIHR&IV接続)

BeamGage™は、最新ツールとテクノロジーを採用し新設計された産業界初の画期的な
レーザビーム解析用ソフトウェアです。ビーム解析の標準となっているUltraCal™ (ウルトラキャル)
ベースライン補正アルゴリズム(Spiricon特許取得済み)は、ISO11146-3スタンダードの確立に貢献しており、
BeamGage™はそのUltraCal™補正機能をベースとして開発されています。
ベースラインは各ピクセル単位で1デジタルカウントの1/8以上の精度で計算され、
BeamGage™により高精度での測定を実現します。

それぞれのアプリケーションに最適化するよう、ユーザ側で計算をカスタマイズすることができます。
ユーザで定義された計算が標準計算として扱われ、計算結果は画面表示され、ログや印刷などが可能です。
BeamGageTMは表示される計算の初期設定や、画面レイアウトの設定、設定のパスワード保護なども可能です。
これにより安全な製品試験は保証され、製造現場で装置を扱う作業者の安全性が確保され、統計的プロセス制御
(SPC:Statiscal Process Control) に対するデータの妥当性が保証されます。

Pyrocam (パイロカム) シリーズは、研究所をはじめ、物理学、化学、および電子システム設計などの分野における
レーザビーム解析に理想的なカメラです。右図にCO₂レーザの調査とNd:YAGレーザの調査を例として示しますが、
いずれもミスアライメントが見られます。
このカメラはCO₂およびその他の赤外線レーザを使用した生産現場においても有効です。
パイロカムは、多くのCO₂レーザメーカの組み立てラインに不可欠な製品であり、
製造現場では光学システムが適切に調整され運用されていることを確認するためにパイロカムを使用しています。

ミスアライメントの見られるNd:YAGレーザ   ミスアライメントの見られるCO₂レーザ
ミスアライメントの見られるNd:YAGレーザ   ミスアライメントの見られるCO₂レーザ

眼科手術に使用されるエキシマレーザの解析のように、パイロカムシリーズには沢山の医療用アプリケーションがあります。
多くの場合、こうしたレーザは眼科手術がうまくいくように調整する必要があります。
他にも皮膚科において医療用赤外線レーザが利用されていますが、ここではビームプロファイルの均一性が求められています。

1.3µmと1.55µmの光ファイバ通信においても、ファイバに入射する前のビーム特性解析だけでなく、
ファイバから放射されるビーム解析まで、パイロカムは大いに利用されています。
パイロカムの低価格と高い安定性により、通信用波長向けの他のカメラに比べて優位な選択肢となります。

ミスアライメントの見られるCO₂レーザ   ミスアライメントの見られるNd:YAGレーザ
ミスアライメントの見られるCO₂レーザ   ミスアライメントの見られるNd:YAGレーザ

パイロカムは、CO₂レーザをはじめとする産業用 赤外線レーザのメンテナンスにおいて
必要不可欠なツールの一つです。パイロカムは、短時間の変動検出やデータの保存ができるので、
バーンパターンを確認したりアクリルを焼いたりという手法から置き換わってきています。
パイロカムは、他のCO₂レーザの電子的な測定方法よりも優れており、
単一パルスでビーム全体を測定できる上にリアルタイムでの測定も可能です。
これにより正確なビームの状態を測定することができます。

Pyrocam IIIHR Pyrocam IV
アプリケーション UV 及び IR領域 UV 及び IR領域
波長範囲 13 - 355nm 13 - 355nm
  1.06 - 3000µm 1.06 - 3000µm
プロテクティブウインドウ 「商品概要」参照 「商品概要」参照
ディテクタアレイ    
 有効画素エリア 12.8mm x 12.8mm 25.6mm x 25.6mm
 画素間ピッチ 80µm x 80µm 80µm x 80µm
 画素数 160 x 160 320 x 320
 画素サイズ 75µm x 75µm 75µm x 75µm
チョッパ操作時
チョッピング周波数 25Hz, 50Hz 25Hz, 50Hz
感度 (RMSノイズリミット) 64nW/ピクセル (25Hz) 64nW/ピクセル (25Hz)
  96nW/ピクセル (50Hz) 96nW/ピクセル (50Hz)
  1.0mW/cm² (25Hz) 1.0mW/cm² (25Hz)
  1.5mW/cm² (50Hz) 1.5mW/cm² (50Hz)
NEP 13nW/Hz¹/²/ピクセル (1Hz) 13nW/Hz¹/²/ピクセル (1Hz)
パワー サチレーションレベル 3.0W/cm² (25Hz) 3.0W/cm² (25Hz)
  4.5W/cm² (50Hz) 4.5W/cm² (50Hz)
耐久パワー    
 エリア全体 2W 2W
 パワー出力密度 8W/CM²(チョッパモード)
4W/CM²(パルスモードのCW)
8W/CM²(チョッパモード)
4W/CM²(パルスモードのCW)
パルス操作時
レーザパルスレート シングルショット 1000Hz シングルショット 1000Hz
パルス幅 1fs - 12.8ms 1fs - 12.8ms
感度(ピークノイズ リミット) 0.5nJ/ピクセル 0.5nJ/ピクセル
  8µJ/cm² 8µJ/cm²
エネルギ サチレーションレベル 15mJ/cm² 15mJ/cm²
ダメージスレッショルド 20mJ/cm² (パルス幅1ns) 20mJ/cm² (パルス幅1ns)
  600mJ/cm² (パルス幅1 µs) 600mJ/cm² (パルス幅1 µs)
トリガ入力    
 高ロジックレベル 3.0 - 6.0V DC 3.0 - 6.0V DC
 低ロジックレベル 0 - 0.8V 0 - 0.8V
 パルス幅 4µs(最小値) 4µs(最小値)
電源・環境温度
電源 12VDC 12VDC
商用周波 60/50Hz(外部電源) 60/50Hz(外部電源)
消費電力 12W 12W
動作温度 5°C to 50°C 5°C to 50°C
寸法・重量
外径寸法 (H×W×D) 140 × 130 × 60mm 147.3 × 147.1 × 55.2mm
素子の配置位置 ハウジング幅の中心 底面左から53.8mm
  底面から35.6mm 底面から35.6mm
  フロントカバーの後方15.2mm
(Cマウント未装着時)
フロントカバーの後方19.7mm
重量 0.85Kg (1.83lbs)※電源は除 1.2kg (2.65lbs) ※電源は除く
PC インターフェース Gigabit Ethernet (IEEE 802.3ab)
GigE Vision 規格
Gigabit Ethernet (IEEE 802.3ab)
GigE Vision 規格
ビームプロファイル解析
BeamGage
ソフトウェア
ビームプロファイル解析ソフトウェア
BeamGageカタログ参照
ビームプロファイル解析ソフトウェア
BeamGageカタログ参照
カメラグレード
  Aグレード:修正可能なピクセル感度欠落部が50個以下で、隣接している感度欠落部分は存在しない。 Aグレード:修正可能なピクセル感度欠落部が<300個で、隣接している感度欠落部分は存在しない。

外形寸法図

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