従来のロックインアンプは点単位で測定します。一方、ロックインイメージングでは、同じ復調がピクセル並列で実行され、各ピクセルの振幅と位相が得られます。これにより、点測定では困難または不可能な実験が可能になります。空間分解された位相情報、高速マッピング、および強いノイズの中でも堅牢な評価が可能です。
要求の厳しい光条件（強いノイズの中の弱い信号、または非常に強いバックグラウンド光や妨害光）を伴うアプリケーションでは、従来のカメラは限界に達します。早期に飽和（クリッピング）が発生するか、ノイズを低減するために弱い信号を平均化する必要があり、これにより速度が低下したり、不可能になったりします。どちらの場合も、ノイズ源が有用な信号を支配します。ただし、有用な信号を変調して妨害信号から分離できる場合、heliCam™ C4は引き続き高品質の画像を提供します。
画像1：ピクセルレベルでロックイン技術を備えたカメラは、一定のバックグラウンドや1/fノイズなどの特定のノイズ源をほぼ完全に抑制できます。
ロックインアンプは、ノイズや外来光に覆われていても、非常に弱い信号を可視化します。入力信号s(t)を、同じ周波数と位相のリファレンス信号と同期して比較します（位相検波）。
簡単な動作原理：
1. 入力： s(t)には、有用な信号+ノイズ+妨害信号が含まれます
2. 同期乗算： リファレンスcos(ωt)およびsin(ωt)を使用 → 2つのチャネルI（同相）およびQ（直交）。
3. 積分/ローパス： 測定時間Tにわたる平均化により、ノイズ帯域幅が減少し（ENBW ≈ 1/(2T)）、リファレンス周波数以外の成分が抑制されます。
結果：
• 振幅：R = √(I2 + Q2)
• 位相：φ = atan2(Q, I)
• 広帯域ノイズと非同期妨害光はほぼ完全に平均化され、有用な信号はDC成分として残ります。
• 実際には、ロックインは非常に狭帯域の位相検波フィルターのように機能し、その選択性は積分時間Tによって決定されます。
ロックインイメージングでは、同じプロセスがピクセル並列で実行されます。各ピクセルはI/Q（または振幅/位相）を提供します。これは、要求の厳しい光条件下での空間分解された位相検波測定の基礎となります。
画像2：時間領域（左）および周波数領域（右）における、ノイズの多い有用な信号。妨害振幅が大きいにもかかわらず、ロックインの原理のおかげで、有用な信号を正常に抽出して測定できます。
Heliotisが開発し特許を取得したロックインピクセル信号処理は、当社のすべての製品の中核です。当社の独自のCMOSイメージセンサーでは、位相検波復調は後続の信号パスでのみ行われるのではなく、各ピクセルで直接行われます。各ピクセルは同期I/Q測定を実行し、それぞれ10ビットの同相（I）値と10ビットの直交（Q）値を出力します（デュアル位相復調）。IとQから、有用な信号の振幅と位相を直接決定できます。面的に、安定して、再現性があります。
このピクセル並列復調は、一定のバックグラウンド、1/fノイズ、および非同期妨害光をキャプチャ時にすでに抑制するため、非常に小さい変調された信号でも、長い平均化時間なしで確実に可視化できます。
ロックインカメラが最も頻繁に使用されるアプリケーション領域は、大まかに次のように概説できます。
散乱媒体での画像化
研究の大部分は、濁った構造で光学画像をキャプチャすること、または一般的に散乱媒体と相互作用する光を焦点に当てることを目的としています。
干渉3D画像化
干渉3D画像化では、スキャンニング白色光干渉法と代替測定方法の両方が提案されています。
定量的位相画像化法
複数の研究グループが、例えば、従来の吸収ベースの光学測定ではほとんど透明に見える生物学的細胞の、ラベルフリーで高コントラストの画像を取得するために、定量的位相画像化法を提案しています。
量子センシング
量子センシングのアプリケーションは、特に最小の磁場を動的に画像化するための広視野量子ダイヤモンド顕微鏡に関して、ますます重要になっています。
分光法
さまざまなメカニズムによって引き起こされる、スペクトル内の最小かつ高速な周期的変化を検出する分光法は、Heliotisのロックインカメラで繰り返し実現されています。
その他のアプリケーション
ロックインカメラの上記およびその他のアプリケーション例の詳細については、研究出版物のコレクションをご覧ください。
ロックインカメラは、比較的新しいですが、研究において非常に強力なツールです。位相検波画像化と高精度実験のためのエキサイティングな可能性を開きます。
以下に、よくある質問への回答をいくつか示します。
542×512ロックインピクセルを備えたheliCam™ C4は、305 Hz〜134 kHzの範囲の信号を復調します。
1024×1102ロックインピクセルを備えたheliCam™ C4Mは、305 Hz〜50 kHzの範囲の信号を復調します。
詳細については、ドキュメントおよび次のページをご覧ください。
はい、お客様からのご質問は通常、当社のサポートチーム（インストール、技術的な質問など）と、スイスのアプリケーションエキスパート（アプリケーションに関する質問）が回答します。ご購入前には、個別にお気軽にご相談ください。
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当社の専門家が、お客様の質問に合った適切なセットアップの開発、最適なパラメーターの選択、および実験の迅速な成功を支援します。
