QSI Info - Intercon
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High-End CCD-Technologie CCD-Kameras von Quantum Scientific Imaging (QSI) vereinen modernste Technik und intelligentes Design. Die Kamera-Serien 600, 700 und RC bieten ein riesiges Spektrum der Anwendung für alle „Low-Light“-Bereiche, sei es in Astronomie, Industrie, Wissenschaft, Materialforschung oder Medizin. Die Serien bestehen aus mittelgroßen bis sehr großen, thermoelektrisch gekühlten CCD-Chips mit sehr hoher Dynamik und extrem niedrigem Rauschen. Die gesamte Elektronik ist auf höchstmögliche Leistung getrimmt. So ist das Ausleserauschen gegenüber dem Chiprauschen vernachlässigbar klein. Gleichzeitig sind die QSI-Kameras sehr kompakt und verbrauchen erstaunlich wenig Energie (max. 18 W bei Volllast). Die Stromversorgung erfolgt durch eine einzige 12 V Gleichspannungsquelle. -2- QSI CCD-Kameras der Serie 600 Die Modelle der 600er Serie gehen vom monochromen full frame bis zum single-shot color CCD-Chip mit vielfältigen Ausstattungsvarianten: Luft- und Flüssigkeitskühlung, internes Filterrad, Off-Axis-Guider vor dem Filterrad und unterschiedlichste Software. Zusätzlich sind verschiedene Anschlussvarianten erhältlich, sogar für Canon EOS und Nikon Bajonett. Durch thermoelektrische Kühlung (Peltier Elemente, 12 W) lässt sich die Chip-Temperatur um 45 Grad (bei 85% Leistungsaufnahme) gegenüber der Umgebung herunterkühlen (Chipkammer mit Argon gefüllt). Die Lüfter sind nach Bedarf steuerbar und müssen nicht immer unter Volllast laufen. Für besondere Einsatzbedingungen gibt es eine optionale Wasserkühlung, die 50° unter die Umgebung herunterkühlen kann. In einer typischen Nacht wird man ca. -25°C Chiptemperatur erreichen, was bei KAI 04022 bedeutet, dass man nur rund 10 Dunkelstromelektronen bei 10 min Belichtungszeit einfängt. Damit der Chip bei diesen kalten Temperaturen nicht beschlägt, sitzt er hinter einem vergüteten, optischen Glasfenster in einer Edelgasatmosphäre. Falls nach langjährigem Betrieb Feuchtigkeit eindringen sollte, lässt sich diese durch eine vom Anwender regenerierbare Trocknungspatrone entfernen. Bei Interline Transfer Chips werden die Ladungen nach der Belichtungszeit unter eine abgedeckte Chipfläche geschoben und können dort ausgelesen werden. Das ermöglicht sehr kurze und präzise Belichtungszeiten (0,1 ms bis 240 min). Ein mechanischer Verschluss wie bei den Full Transfer-Chips wäre eigentlich nicht notwendig, vereinfacht aber das Anfertigen von Dark- und Bias-Bildern. © 2014 · Intercon GmbH · Gablinger Weg 9 · D-86154 Augsburg · email@ intercon-spacetec.de · Fax 0821-414 085 · Tel. 0821-414 081 Der Shutter ist für alle Varianten Ein montierter Fokusring erlaubt das erhältlich. Er benötigt den „Medium Size präzise Einstellen des Fokus und Body" und wird mit „s" bezeichnet. gleichzeitig die Rotation des Autoguiders. Die „g"-Varianten benötigen den Maximale Flexibilität erreicht eine größten Kamerakorpus, den „OAG Body". Kamera durch ein eingebautes Filterrad. Wahlweise kann das Filterrad mit 8 oder Die Kommunikation mit einem auch nur mit 5 Positionen für 1,25"- Rechner erfolgt über eine schnelle USB Standardfilter ausgestattet sein. Dabei ist 2.0 Verbindung. Der bremsende Faktor ist das Filterrad so dicht über dem Chip, dass das Auslesen des Chips und nicht die USBes auch bei größeren Öffnungs- Verbindung. Je schneller ein CCD-Chip verhältnissen als f/4,5 zu keiner ausgelesen wird, desto größer wird der signifikanten Vignettierung durch die Anteil des Rauschen. Da man dieses Filter kommt. Der Austausch der Filter ist Rauschen aber vermeiden möchte, wird kinderleicht und nach Wunsch mit Filtern die Ausleserate vergleichsweise niedrig verschiedener Hersteller bestückbar. Das gehalten. Der Download kompletter Filterrad benötigt den „Full Size Body". In Bilder in höchster Qualität dauert bis zu der Kamerabezeichnung erkennt man das 10 Sekunden. Die Download-Zeiten lassen Filterrad am „w" (wheel). sich durch einen schnellen Auslese-Modus um den Faktor 10 beschleunigen, bei Das exakte Nachführen der Fotooptik entsprechend geringerer Bildqualität. stellt ein hinlänglich bekanntes Problem Dadurch lässt sich z.B. das Fokussieren dar. Dabei bieten sich grundsätzlich zwei beschleunigen. verschiedene Lösungsansätze an: Leitrohr und Off-Axis-Nachführung. Die Off-AxisNeben dem USB2.0-Port besitzen alle Methode hat verschiedene Vorteile. QSI-Kameras einen Guider-Control-Port Mechanische Verbiegungen der mit integrierter Relaisbox, die ein Kabel Befestigungen von Fotooptik und zur Montierung einspart. Leitrohr spielen keine Rolle mehr. Außerdem sind weniger Gewicht und Typischerweise wird man auf Equipment notwendig, was nicht zuletzt bekannte Software wie z.B. Maxim DL, die Montierung entlastet. Der Nachteil CCD-Soft oder Astroart aufbauen, für die jedoch ist, dass man nur ein kleines Treiber mitgeliefert werden. Wer für Gesichtsfeld besitzt. Häufig fällt es bestimmte Zwecke eigene Software schwer, einen passenden Leitstern zu schreiben will, kann unter Windows auf finden. Wenn dann zusätzlich noch der ein ASCOM-kompatibles API zurückAutoguider hinter einem engbandigen greifen und unter Linux auf eine C++Filter liegt, wird die Leitsternsuche Bibliothek. aussichtslos. Deshalb haben sich die Ingenieure von QSI folgende Lösung In der umfangreichen Zubehörliste ausgedacht. Bei den „g"-Varianten findet der Anwender Anschlüsse für (Guider) gibt es ein vor dem Filterrad unterschiedlichste Aufgaben, darunter liegendes Prisma, das einen kleinen Teil auch die Bajonette von Canon EOS und des Strahlengangs herausspiegelt. Dort Nikon. Damit wird es möglich, entlässt sich dann jeder Autoguider mit 12,5 sprechende Fotoobjektive an die Kamera mm Backfocus und CS-Mount oder T2- anzuschließen. Wer auf FlüssigkeitsGewinde anschließen (Meade DSI Pro II, kühlung wegen noch geringerer ChipFishcamp Starfish, Starlight Express Temperaturen umrüsten will, findet auch Lodestar, Orion Starshoot Autoguider ...). hierfür das notwendige Equipment. © 2014 · Intercon GmbH · www.intercon-spacetec.de · www.qsimaging.de · QSI USA: www.qsimaging.com -3- Die Kamerabezeichnungen der 600er Serie von QSI Allein die Bezeichnung einer QSIKamera liefert schon einen sehr guten Aufschluss über die Ausstattung der Kamera. Jede Bezeichnung besteht aus einer Nummer und einer Buchstabenkombination. Die erste Ziffer bezeichnet natürlich die Serie, in diesem Fall also „6". Die beiden nächsten Ziffern liefern Aufschluss über die Anzahl der Pixel des jeweiligen CCD-Chips. Die 632er hat also einen CCD-Chip mit 3,2 Megapixel. Die Buchstaben haben die folgende Bedeutung: i Interline Transfer Chip ohne Shutter (nur 620i und 640i) c Single Shot Farb-CCD mit Bayer-Muster (color) s Shutter, mechanischer Verschluß w Filterrad (wheel) g Off-Axis Guider, Kamera hat Prisma -8 Filterrad mit 8-Plätzen statt mit 5 Somit ist leicht zu übersetzen, was eine 632wsg darstellt: Eine Kamera der Serie 600 mit 3,2 Megapixel-Chip, mit Filterrad, mechanischem Shutter und dem Off-Axis Guider Modul. Gehäusegrößen Medium Size Body Die Gehäuseformen haben immer die gleiche Grundfläche, unterscheiden sich aber in der „Länge", je nach eingebautem Equipment. Die Gehäuseform beeinflusst also den Backfocus entscheidend und ist somit in die Planung der Kamera mit einzubeziehen. Die Grundfläche der Kameras beträgt immer 113 x 113 mm, die Länge variiert von 43 mm bis 62 mm. Nicht einberechnet sind hier die unterschiedlichen Anschlüsse. Slim Body In dieser Gehäuseform findet ein mechanischer Verschluss Platz. Deshalb darf in diesen Gehäusen auch ein Full Transfer Chip sitzen. Aber auch Interline Transfer Chips profitieren durch die bequemere Gewinnung von Dunkelstrombildern. Da ein mechanischer Verschluss viel langsamer ist als ein „elektronischer", sind die minimalen Belichtungszeiten auf 0,03 s begrenzt. Der Medium Size Body wiegt 950g und benötigt bei T2-Anschluss 22,9 mm Backfocus. Er hat die kleinste Gehäuselänge und mithin den kleinsten Backfocus. Ab dem Gehäuse werden nur 9,9 mm Lichtweg benötigt, beim häufig benutzten T2Anschluss 15,5 mm. Der Slim-Body wird dort eingesetzt, wo man auf den mechanischen Shutter verzichten kann. Zwangsläufig finden sich deshalb im Slim Body ausschließlich Interline Transfer Chips, die mit ihrem „elektronischen Verschluss" sehr präzise Belichtungszeiten bis hinunter zu 1/10.000 s liefern können. Ohne mechanischen Shutter kann es dafür im Einzelfall umständlich werden, Dunkelstrombilder zu gewinnen, weil man die Kamera völlig lichtdicht bekommen muss. Die kleinste Gehäuseform spiegelt sich auch im Gewicht wieder. Ein Slim Body wiegt nur rund 740 g. Gehäusegrößen Body Size Slim Medium Full OAG Verschluss elektronisch mechanisch mechanisch mechanisch internes Filterrad nein nein ja ja Gehäusegröße [mm] 113x113x43 113x113x51 113x113x64 127x113x78 149x141x64 149x141x78 1120 1350 1220 1450 Gehäusegröße mit 8er Filterrad Gewicht [g] 740 950 Gewicht mit 8er Filterrad Backfocus ohne Anschluss [mm] 9.9 17.2 30.0 44.5 Backfocus mit T2-Anschluss [mm] 14.6 22.9 35.6 50.2 Backfocus für Foto-Objektive ja ja perfekt nein -4- Full Size Body Neben einem mechanischen Shutter findet im Full Size Body auch ein Filterrad für 5 Filter der Größe 1,25" Platz. QSI hat dabei das Filterrad extrem dicht über den Chip gesetzt, sodaß selbst bei sehr schnellem Öffnungsverhältnis die Filter die eingebauten Chips nicht vignettieren. Diese knappe Bauweise macht sich dann auch im erstaunlich geringen Backfocus bemerkbar. Selbst mit Filterrad und mechanischem Shutter benötigt die Kamera ab dem T2-Gewinde nur 35,6 mm. Das Gesamtgewicht (ohne Filter) schlägt mit 1120 g zu Buche. OAG Body Zusätzlich zum Filterrad und dem mechanischen Shutter besitzt dieser Korpus noch ein relativ großes 1/2"Prisma, um seitlich Licht für einen OffAxis Guider zur Verfügung zu stellen. Dabei ist die knappe mechanische Bauweise wieder verantwortlich, dass es selbst bei schnellem Öffnungsverhältnis keinerlei Vignettierung auf dem Chip gibt. Der notwendige Backfocus steigt auf nur 50,2 mm ab dem T2-Gewinde. Trotzdem sind mit dem OAG-Body keine Foto-Objektive mehr auf Unendlich zu fokussieren. Das Gewicht des OAG-Body bleibt mit 1300 g erstaunlich gering. © 2014 · Intercon GmbH · Gablinger Weg 9 · D-86154 Augsburg · email@ intercon-spacetec.de · Fax 0821-414 085 · Tel. 0821-414 081 Die Features von QSI-Kameras im Einzelnen Teleskopseitige Anschlüsse Adapter. Nur auf dem “ws” Full Size Body Teleskopseitig gibt es eine Vielzahl wird der korrekte Abstand erreicht, um verschiedener Anschlussvarianten. Als das Objektiv im gewünschten Entfernungsbereich zu fokussiert. Adapterplatten stehen zur Verfügung: Der OAG-Body (wsg-Cover, Filterrad, Shutter, Guider Port) hat im Gegensatz zu • Adapterplatte T2 für alle Modelle den anderen Gehäusegrößen das 1/2"• Adapterplatte STL für OAG-Modelle Prisma seitlich des Strahlengangs. Der T2• C-Mount Typ I Adapter für Slim-SizeAnschluss vignettiert nominell das 1/2“Body Prisma minimal, in der Praxis aber merkt • C-Mount Typ II Adapter für Medium man nichts davon, weil die CCD-Chips der Size Body Guiding-Kameras zu klein sind. Bei Bedarf könnte man auf das größere STL• Canon EOS SLR-Objektiv-Adapter für Gewinde zurückgreifen. Full Size Body • Nikon F SLR-Objektiv-Adapter für Full Size Body Sowohl der Nikon als auch der Canon Objektiv-Adapter benötigen als Basis die T2-Adapterplatte. Grundsätzlich könnten die C-Mount- und Objektiv-Adapter an jeder Gehäusegröße angeschlossen werden, nur wird dann der spezifizierte Fokusabstand nicht erreicht. C-MountObjektive z.B. sind für einen Backfokus von 17,5 mm gerechnet, der nur in der Kombination Type I mit Slim Body oder Typ II mit Medium Size Body eingestellt wird. Ähnliches gilt für die Objektiv- Shutter Der mechanische Shutter der 600er Serie (Modellzusatz „s") ist auf Langlebigkeit und Flexibilität getrimmt. Die MTBF (Mean Time between Failures) beträgt nominell 1 Mio. Zyklen. In einem Testaufbau hat der Hersteller die Verschlüsse bis 4 Mio. Zyklen ohne Ausfall getestet. Die Steuerelektronik für den Shutter (Verschlußzeiten von 30 ms bis 240 min) und das optionale Filterrad sitzen direkt auf der Trägerplatte was die Dicke des gesamten Aufbaus minimiert. eine solche Flüssigkeitskühlung steigt die erzielbare Temperaturdifferenz auf ca. 50°. Damit der sich trotz niedriger ChipTemperaturen ansammelnde Dunkelstrom exakt herauskalibriert werden kann, ist es essentiell wichtig, dass das Temperaturregelsystem exakt und reproduzierbar arbeitet. Die internen Temperatursensoren und das Regelsystem sind besser als 0,1°, so dass man nach dem Abkühlvorgang keine Temperaturschwankungen beobachten kann. Die einstellbare Zieltemperatur sollte dabei so gewählt werden, dass die Stromaufnahme der Peltierelemente dauerhaft nicht 85% des Maximalwertes überschreitet. Die Kühlrippen sind ein integraler Bestandteil des Kameragehäuses, die Lüfter sind in das Gehäuse eingelassen. Das ganze Kühlsystem sitzt innerhalb der Kamera und es gibt keine hervorstehenden Teile, an denen sich Kabel verfangen könnten. Die effiziente Wärmeabgabe sorgt auch für einen geringen Stromverbrauch. Wer weniger Kühlleistung benötigt, kann die steuerbaren Lüfter auch ganz abschalten. Luft- und Wasserkühlung Durch die Argon Füllung in der ChipKammer ist die thermoelektrische Kühlung in der Lage, einen Temperaturunterschied von 45° zu erzielen (bei 85% der max. Stromaufnahme). Wenn die Kamera aber statt bei nächtlichen, kühlen Temperaturen in einem geheizten Labor oder in einem geschlossenen Gehäuse benutzt werden soll, kann die erzielbare Chiptemperatur noch zu hoch für Langzeitbelichtungen sein. Deshalb ist es bei den QSI-Kameras möglich, durch einen nachrüstbaren Flüssigkeitswärmetauscher die Wärmeabgabe zu unterstützen und damit die Chiptemperatur weiter zu senken. Durch © 2014 · Intercon GmbH · www.intercon-spacetec.de · www.qsimaging.de · QSI USA: www.qsimaging.com -5- Anschlüsse an die Kamera Filterrad Trocknung Die Anschlußleiste ist in das Gehäuse eingelassen. Die Kabelführung im rechten Winkel zur optischen Achse vermeidet eine unnötige Knickbelastung. Zwei Bohrungen auf der Rückseite nehmen eine optionale Zugentlastung auf, die sowohl die elektrischen Anschlüsse als auch die Schläuche der (ebenfalls optionalen) Wasserkühlung vor Abriss schützt. Das interne Filterrad der 600er Serie gibt es in den Versionen mit 8 oder mit 5 Plätzen für 1,25" Filter zum Schrauben, aber auch für 31mm Filtererscheiben, wenn ein größerer Lichtdurchlass erwünscht ist. Dies kann für größere Öffnungsverhältnisse ab f/5 erforderlich sein. Der Wechsel der beiden FilterradTypen ist auch nachträglich jederzeit möglich und vom Kunden problemlos durchführbar. Der CCD-Chip sitzt hinter einem vergüteten, optischen Fenster in einer Kammer mit trockener Edelgasatmosphäre. Das ist notwendig, weil sich bei der Abkühlung sonst Feuchtigkeit am Chip und am Schutzglas niederschlagen würde. Da eine CCD-Kammer nicht absolut abgedichtet werden kann, müsste das Edelgas nach einem jahrelangem Betrieb aufgefrischt werden. Deshalb sitzt von der Kammer über eine halbdurchlässige Membran getrennt eine vom Benutzer wiederaufladbare Trockenpatrone, die sämtliche Feuchtigkeit aus der CCD-Kammer entfernt. Kompakt & leicht V e r g l e i c h 8 e r u n d 5 e r F i l t e r r ad QSI-Kameras werden ausschließlich von einer 12 V Gleichspannungsquelle versorgt und benutzen so die gleiche Stromversorgung wie die meisten Montierungen. Die Spannungsquelle wird zusätzlich von der Kamera selbst geregelt. Ein kompaktes Maß und ein kurzer Backfocus werden um so wichtiger, je länger der optische Anbau am Okularauszug wird. Geringes Gewicht und schlankes Design der QSI-Kameras sorgen für eine deutlich geringere Belastung des Okularauszuges und letztlich der gesamten Mechanik, was wiederum der Stabilität zu Gute kommt. 600er Serie mit 8er Filterrad Q SI 6 0 0 w s g mit 5er Filterrad und Off-Axis-Guider Q SI 6 0 0 w s g - 8 -6- © 2014 · Intercon GmbH · Gablinger Weg 9 · D-86154 Augsburg · email@ intercon-spacetec.de · Fax 0821-414 085 · Tel. 0821-414 081 Zuverlässigkeit QSI setzt an seine Produkte die härtesten Maßstäbe in puncto zuverlässiger Funktionsfähigkeit. Jede Kamera wird in umfassenden Tests auf Herz und Nieren geprüft. Die geringste Abweichung an einer Kamera führt zum Zurückhalten der gesamten Produktionscharge, bis die Ursache des Problems ermittelt und beseitigt ist. Dieser Perfektionismus und die Verwendung hochwertiger Komponenten führt zu einer Zuverlässigkeit, die auch höchste Ansprüche professioneller Anwender erfüllt. Was für Industrie und Forschung bares Geld wert ist, hat auch für Amateurastronomen einen nicht zu unterschätzenden Nutzen: Effektive Belichtungszeit. Wolkenloser Himmel und sternklare Nächte sind bei uns viel zu selten. Eine Kamera muß aus dem Stand funktionieren und die ganze Nacht zuverlässig arbeiten. Bei QSI-Kameras ist das garantiert. Der Produktionsablauf einer QSI 600 Kamera QSI 600 wsg m i t 8 e r F i l t e r r ad und Off-Axis-Guider © 2014 · Intercon GmbH · Die Gehäuse der Kameras werden aus Flugzeug-Aluminium CNC-gefräst, und sind innen genauso perfekt verarbeitet wie außen. Jedes Fertigteil wird genau inspiziert, um sicherzustellen, dass alle kritischen Maße und Toleranzen eingehalten werden. Die Eloxalschicht sorgt für eine langlebige Oberfläche. Nach ersten Eingangskontrollen werden alle Komponenten gereinigt und gehen in den Reinraum zu Kamera-Montage. Alle Baugruppen erfahren einen 24Stunden-Test, bevor die Endmontage der Kamera erfolgt. Hier wird der CCD-Sensor installiert und die Kammer mit reinem Argon gespült und verschlossen. Das Eintrittsfenster der CCD-Kammer wird durch ein Mikroskop untersucht, um sicherzustellen, daß kein Partikel auf den optischen Flächen ist. Die Kameras werden dann mit Shutter und Filterrad komplettiert. www.intercon-spacetec.de · www.qsimaging.de · QSI USA: Jede Kamera wird dann dem QSIeigenen ResearchSpec ™ Profiling-Prozess unterzogen, der alle wichtigen KameraSpezifikationen überprüft, bestätigt und dokumentiert, einschließlich der Kühlleistung, Dunkelstrom, Linearität, Photonen-Transfer-Analyse und FFTAnalyse, um die höchstmögliche Performance und Bildqualität zu gewährleisten. Die fertigen Kameras gehen dann durch eine letzte Runde von Burn-inTests, um die höchste Zuverlässigkeit aller mechanischen und elektronischen Komponenten zu gewährleisten. Danach erfolgt die Verpackung in einen Peli Protector Koffer, der ultimativen Schutz bietet. Neben zuverlässigen Kameras, deren Installation und Bedienung leicht und intuitiv ist, bietet QSI auch einen erstklassigen Service. www.qsimaging.com -7- Integrierter Off-Axis-Guider Die Konstruktion mit dem Prisma bietet jedoch entscheidende Vorteile gegenüber anderen AutoguiderLösungen. Zum einen sitzt das Prisma immer vor dem Filterrad. Der Lichtstrom auf den Autoguider wird nicht durch den Filter begrenzt. Andernfalls könnte die Leitsternsuche zur Qual werden, so wie das bei der Methode mit separaten Nachführchip passieren kann. Zum anderen kann der nach dem Prisma folgende Autoguider (fast) beliebig gewählt werden und gegen leistungsfähigere einer neuen Generation ausgetauscht werden (Kompatibilitätsliste siehe unten). Nicht zuletzt lässt sich das Cover bei Bedarf austauschen, was bei einer kritischen Fokuslage notwendig sein könnte (Fotografie mit Foto-Objektiven). Das 1/2" große Prisma ist so QSI Kameras können mit dem sogenanntem Guider Port ausrüstet dimensioniert, daß es den Strahlengang werden. Es handelt sich dabei um ein nicht vignettiert, auch bei Teleskopen mit Öffnungsverhältnis vergrößertes, sprich längeres „Cover" mit kurzbrennweitigem einem Prisma im Strahlengang, das für nicht. Dadurch, daß das Prisma bei QSI in die Nachführzwecke (Autoguiding) einen Kamera verlagert wurde, ist der Verlust kleinen, ungenutzten Teil des Lichtes nach außen spiegelt. Den Guider Port an Lichtweg minimal und gleichzeitig bekommt man entweder gleich in der kann es keine Probleme mit der Stabilität Grundausstattung der Kamera oder man von zusätzlichen Anschlüssen geben. Damit das Prisma selbst nicht kann ihn jederzeit nachrüsten. Wichtig für Nutzer, die mit Foto-Objektiven beschattet wird, sollte der Anschluss ans arbeiten wollen: Das längere Cover mit Teleskop entweder über das 2,156" STLPrisma benötigt mehr Lichtweg. Ein Foto- Gewinde erfolgen oder den QSI- Adapter Objektiv lässt sich zusammen mit dem von 2,156" auf 2"-Steck. Trotzdem lässt OAG-Gehäuse nicht mehr auf Unendlich sich mit kleinen Einschränkungen in der Ausleuchtung mit dem normalen T2scharfstellen. Gewinde operieren. Passende Autoguider für den Guider Port Der Autoguider darf nicht mehr als 12,5 mm Starlight Express Loadstar C-Mount Backfocus benötigen, SBIG ST-i 1,25“-Filtergewinde um am Guider Port scharfgestellt werden zu Meade DSI Pro I, II,III Benötigt speziellen Adapter können. Das klingt Orion Starshoot Autoguider (Opt 2) T-mount zunächst recht wenig, aber wenn der AutoOrion Starshoot Imager II T-mount guider für CS-Mount spezifiziert ist, dann The Imaging Source cameras C-mount passt die Fokuslage ATIK Titan, 16ic Benötigt speziellen Adapter automatisch. -8- Übrigens ist das CS-Mount Gewinde absolut identisch mit C-Mount. Die beiden Spezifikationen unterscheiden sich nur im Auflagemaß (Backfocus). Für CS-Mount beträgt das Auflagemaß 12,5 mm, für C-Mount 17,5 mm. Wenn die potentielle Nachführkamera für C-Mount vorgesehen ist, dann sollte man prüfen, ob an der Kamera nicht ein 5 mm Gewindering installiert ist, der sich entfernen lässt. Optional kann man statt dem CMount-Gewinde auch T2 als Anschluss bekommen. Auch hier gilt, dass der Autoguider nicht mehr als 12,5 mm Backfocus benötigen darf. Der knappe Platz an dieser Stelle lässt verständlicherweise keine aufwendige Fokusmechanik für den Autoguider zu. Aber QSI hat eine robuste und stabile Adaption kreiert, die selbstverständlich auch die Rotation des Autoguiders zulässt, damit man ihn parallel zu den Koordinatenachsen ausrichten kann. Der Anschlussring mit C-Mount- und T2Gewinde sitzt auf einer Ringschwalbe auf dem eigentlichen Fokusring. Die Ringschwalbe wird durch außenliegende Maden geklemmt. Der Fokusring selbst bietet einen Weg von 3 mm für die Fokussierung. © 2014 · Intercon GmbH · Gablinger Weg 9 · D-86154 Augsburg · email@ intercon-spacetec.de · Fax 0821-414 085 · Tel. 0821-414 081 Die verwendeten CCD-Sensoren in der 600er-Serie QSI-Modell Sensor-Modell Mpix Pixel Chipgröße Pixelgröße Kapazität typisches [mm] [µm] [e¯] Rauschen Antiblooming Full Frame 604 KAF-0402ME 0.4M 768 x 512 6.91 x 4.6 9 100000 15e¯ N 616 KAF-1603ME 1.6M 1536 x 1024 13.8 x 9.2 9 100000 15e¯ N 632 KAF-3200ME 3.2M 2184 x 1472 14.85 x 10.26 6.8 55000 7e¯ N KAF-8300 8.3M 3326 x 2504 17.96 x 13.52 5.4 25600 8e¯ J (auf Wunsch N) KAI-2020M 2.0M 1600 x 1200 11.84 x 8.88 7.4 45000 8e¯ J ICX674 2.8M 1940 x 1460 10.70 x 9.20 4.54 20000 5e¯ J KAI-04022 4.0M 2048 x 2048 15.15 x 15.15 7.4 45000 8e¯ J 660 ICX694 6.0M 2758 x 2208 12.48 x 9.98 4.54 20000 5e¯ J 690 ICX814 9.0M 3388 x 2712 12.48 x 9.98 3.69 20000 5e¯ J 683 (C) Interline Transfer 620 (C) 628 640 (C) Der Preis eines CCD-Chips orientiert sich ganz wesentlich an seiner Fläche. In der 600er Serie kommen mittelgroße und damit noch einigermaßen „bezahlbare" CCD-Chips zum Einsatz. Kein Chip dieser Klasse ist letztlich so groß, dass der Einsatz von 2"-Filtern notwendig wäre. Q SI 6 8 3 m i t d e m K A F - 8 3 0 0 © 2014 · Intercon GmbH · Das ist auch dem Umstand geschuldet, dass QSI die Filterräder in den CCDKameras sehr dicht über den Chips sitzen hat. QSI verwendet in seiner 600er-Serie ausschließlich CCD-Chips vom namhafter Hersteller wie Kodak und Sony. Alle CCDChips besitzen eine sehr hohe Quantenausbeute und ein Empfindlichkeitsspektrum von 350 nm bis 1000 nm. Neben einem sehr geringen Dunkelstrom haben diese Chips außerdem eine sehr hohe Dynamik, was nicht zuletzt auch auf die erstklassige Elektronik um dem Chip herum zurückzuführen ist. Die Bezeichnung jeder einzelnen Kamera gibt Aufschluss über die Anzahl der Pixel des eingebauten CCD-Chips. Insgesamt gibt es 12 Chips in neun verschiedenen Größen, die in der 600erSerie verbaut werden. Neun verschiedene Kodak (sechs in SW und drei in Farbe) und drei verschiedene Sony-Chips. Alle Modelle sind in monochromer Ausführung erhältlich, mit der das www.intercon-spacetec.de · www.qsimaging.de · QSI USA: Maximum an Bildinformation gewonnen werden kann. Die mit C gekennzeichneten Modelle sind auch als Singe-Shot-Color Ausführung erhältlich. Die Modelle 620C, 640C und 683C erzeugen direkt Farbbilder, ohne zusätzlichen Aufwand. QSI 640 mit dem KAI-04022 www.qsimaging.com -9- QSI CCD-Kameras der Serie 700 In der Serie 700 finden sich die großen bis sehr großen CCD-Formate wieder, die bis zu einer Chip-Diagonalen von 52 mm gehen. Auch hier ist wieder die gesamte Architektur auf die bestmögliche Qualität getrimmt. So ist wieder das Rauschen der Elektronik gegenüber dem intrinsischen Chip-Rauschen vernachlässigbar. Gegenüber der 600er-Serie sind von mechanischer und elektronischer Seite in der 700er Serie verschiedene Designänderungen notwendig. Die Elektronik wurde neu entwickelt und erweitert. Schon allein wegen der größeren ChipFläche muss das Gehäuse der 700-Serie größer und schwerer werden. Ein typischer Kamerakopf wiegt um 4 kg. Ausleseraten Kühlung Wegen der großen CCD-Sensoren ist ein schneller Auslesemodus zwingend erforderlich. Auch die 700er Serie kann mit einer Pixelrate von 10 MHz gefahren werden. Eine QSI 756 mit dem Kodak KAF-16803 (16 Megapixel) ist damit in knapp 2 Sekunden in Vorschauqualität ausgelesen. Für die maximale Bildqualität schaltet man die Kamera auf 800 kHz Pixeltakt zurück und das Bild benötigt damit rund 20 Sekunden. Das ist unabhängig vom Anschluss (USB oder GigE). Anschlüsse Durch die erweiterte und verbesserte 3-stufige Peltierkühlung wird ein größerer Temperaturunterschied zwischen dem CCD-Chip und der Außentemperatur erreicht. Unter optimalen Bedingungen sind 55° erreichbar bei 85% der maximalen Stromaufnahme. Dabei ist die Temperaturregelung äußerst präzise und auf 0,1° genau. Ebenso kann man über eine optionale Flüssigkeitskühlung ein ∆T von 62° erreichen. Q-Align Zu dem USB-Port gesellt sich nun bei der 700er Serie auch ein GigE-Anschluss. GigE kann theoretisch mehr als 100 MB/s übertragen, mehr als genug für einen schnellen Download der Bilder. Der Vorteil dieser Schnittstelle liegt in der Kabellänge. Bei USB hat man ohne Repeater kaum 5 m Länge zur Verfügung, bei einem Ethernet-Kabel können bis zum 100 m Länge erreicht werden. Mit den sehr großen Sensoren wie dem KAF16803 mit 52 mm Bilddiagonale wird das präzise Ausrichten der Bildebene auf die Chip-Fläche häufig zu einem ungeahnt schwierigen Unterfangen. Vielfach stellt es sich leichter dar, die Kamera zu verkippen anstatt die gesamte Optik entsprechend zu justieren. Deshalb hat QSI das Q-AlignTM entwickelt, mit dem es möglich ist, den Sensor um kleine Winkel präzise zu verkippen. Verfügbare Sensoren in der 700er Serie QSI Chip Pixel x Pixel y Pixel Modell 756 746 729 716 711 -10- KAF-16803 KAF-6303 KAI-29050 KAI-16070 KAI-11002 4096 3088 6576 4864 4008 4096 2056 4384 3232 2672 Pixel Diagonale QEmax Gesamt Größe [mm] % [MPixel] 16.8 6.3 28.8 15.7 10.7 60 66 46 48 50 [µ] 9.00 9.00 5.50 7.40 9.00 52.1 33.3 43.5 43.2 43.4 QE H Anti- Dunkelstrom H-Alpha Bloomig [e-/s] -10°C Faktor 50 800 0.02 65 800 0.02 24 800 0,05 29 1000 0.02 30 1000 0.2 RBI-Management Bei großen CCD-Chips wird man ggf. auf eine Problematik stoßen, die sich RBI (Residual Bulk Image) nennt. Hierbei erzeugen Infrarotphotonen unter einem stark belichteten Pixel überzählige Ladungen, die sich beim © 2014 · Intercon GmbH · Gablinger Weg 9 · D-86154 Augsburg · email@ intercon-spacetec.de · Fax 0821-414 085 · Tel. 0821-414 081 erneuten Auslesen als schwaches Geisterbild zeigen. In vielen astrofotografischen Situationen kann man das schwache RBI unter einem hellen Bildteil vernachlässigen. Für präzise photometrische Vermessungen darf man das aber nicht. Es gibt verschiedene Methoden, den Einfluss eines RBI zu minimieren oder auszuschließen. Dazu zählt das mehrmalige Auslesen des Chips, das nur moderate Kühlen des CCD-Sensors oder den ganzen Chip mit IR-Licht zu fluten. Jede Methode hat ihre Vor- und Nachteile. Die letztere Methode ist die schnellste, hat jedoch zur Folge, dass nun alle Pixel beim nächsten Auslesen auf einem etwas höheren, wenn auch sehr gleichmäßigen (Ladungs-)Niveau landen. Das erhöht den Rauschpegel minimal, sprich reduziert das SNR. QSI hat nun für die schnelle Behandlung der RBI-Problematik der Serie 700 auch einen internen IR-Blitz spendiert, den man nach Wahl zuschalten kann. Neue ARM-Architektur QSI CCD-Kameras der RS-Serie Für den wissenschaftlichen Einsatz und für industrielle Anwendung hat QSI die RS-Serie konzipiert. In der RS-Serie werden die gleichen Sensoren verwendet wie in der Serie 600. Allerdings sind die Kameras der RS-Serie für einen erweiterten Spektralbereich erhältlich. Dadurch werden Wellenlängen von 240 nm bis zu 1100 nm zugänglich. Spezielle Vergütungen des Eintrittsfenster machen das möglich. Außerdem sind bestimmte Sensoren auch ohne Mikrolinsen verfügbar. Das senkt zwar die allgemeine Empfindlichkeit des Sensors, erweitert aber die spektrale Empfindlichkeit bis in den UV-Bereich. Im industriellen Bereich ist eine präzise Steuerung des elektronischen Shutters notwendig (Interline Transfer Chips). Dazu besitzen die Kameras einen Triggereingang und auch einen Ausgang. So kann der Start der Belichtungszeit mit einer Genauigkeit von 5 μs ausgelöst werden, z.B. durch einen externen Blitz. Zusätzlich erlaubt die Kamera, zwei Belichtungen mit einem zeitlichen Abstand von nur 100 μs zu erzeugen, z.B. für Geschwindigkeitsmessungen von Partikeln. Die letzten beiden Anwendungen sind aber nur mit den Interline Transfer Chips möglich. Die Modelle der RS-Serie: QSI Sensor Modell Pixel Chip Größe Pixel Kapazität typisches Anti- Modell [mm] [µm] [e¯] Rauschen blooming RS .04 KAF-0402ME 768 x 512 6.91 x 4.6 9 100000 15e¯ N RS 1.6 KAF-1603ME 1536 x 1024 13.8 x 9.2 9 100000 15e¯ N RS 3.2 KAF-3200ME 2184 x 1472 14.85 x 10.26 6.8 55000 7e¯ N RS 8.3 KAF-8300 3326 x 2504 17.96 x 13.52 5.4 25600 8e¯ J Die Serie 700 hat eine völlig neue Elektronik bekommen auf Basis von ARMProzessoren. Zusätzlich wurden der neuen Elektronik ein großzügiger und schneller Bildspeicher für mehrere Bilder spendiert (bis zu 1 GB). In zuküftigen Firmware Updates kann so eine Bildverarbeitung direkt auf der Kamera nachgerüstet und nur das Ergebnis über den Bus zum Rechner transferiert werden. Vergütetes Quarzglasfenster Full Frame RS 2.0 KAI-2020M 1600 x 1200 11.84 x 8.88 7.4 45000 8e¯ J Für den Durchlass eines besonders weiten Spektralbereichs besteht das Eintrittsfenster aus Quarzglas mit einer hochwertigen Antireflex-Beschichtung. RS 2.8 ICX674 1940 x 1460 10.70 x 9.20 4.54 20000 5e¯ J RS 4.2 KAI-04022 2048 x 2048 15.15 x 15.15 7.4 45000 8e¯ J RS 6.1 ICX694 2758 x 2208 12.48 x 9.98 4.54 20000 5e¯ J RS 9.2 ICX814 3388 x 2712 12.48 x 9.98 3.69 20000 5e¯ J © 2014 · Intercon GmbH · Interline www.intercon-spacetec.de · www.qsimaging.de · QSI USA: www.qsimaging.com -11- Grundsätzliches zum Thema CCD Quantenausbeute In der Astronomie und in vielen anderen wissenschaftlichen Bereichen wird verständlicherweise die Quantenausbeute oder Quanteneffizienz (QE) als eines der wichtigsten Kriterien eines CCDChips genannt. Dass die Hersteller seit einiger Zeit die QE freizügig bekannt geben, ist nicht selbstverständlich. Lange Zeit wurde sie wie „verbotene Ware" unter dem Ladentisch gehandelt. Viel häufiger fand man früher die sogenannte relative spektrale Empfindlichkeit dokumentiert, also eine Angabe die die Empfindlichkeit eines CCD-Chip über die verschiedenen Wellenlängen normiert auf „1" angab. Inzwischen gibt es jedoch auch Angaben der Hersteller zur Quanteneffizienz. Neben dem Maximum der Quanteneffizienz ist aber genauso deren spektraler Verlauf interessant und aussagekräftig. Eine hohe QE im Roten würde nichts bringen, wenn man RGBAufnahmen machen möchte und gleichzeitig eine sehr niedrige Empfindlichkeit des Chips im Blauen hätte. Die eingesetzten Chips lassen sich grob trennen, in Varianten mit dem Maximum der Empfindlichkeit bei rund 500 nm oder jenseits der 600 nm, näheres steht in den Datenblättern der einzelnen Modelle. Prinzipbedingt läuft die QE jenseits von 1000 nm gegen Null. Bei diesen Wellenlängen wird das Silizium der CCD-Chips durchsichtig. Kürzere Wellenlängen als ca. 350 nm werden von den meisten Gläsern absorbiert. Da der Astrofotograf mit seinem Chip praktisch immer hinter irgendeiner Linse sitzt und sei es nur der Koma-Korrektor für den Newton, spielen kürzere Wellenlängen als 350 nm praktisch keine Rolle. Auch das Schutzglas vor dem Chip darf nicht ganz vernachlässigt werden, aber das reicht immerhin herunter bis ~300 nm. Ideal wäre eine QE von nahe 100%, -12- aber das ist momentan nur mit sehr aufwendiger Fertigungstechnik zu erzielen. Die höchste QE von über 80% beim KAF-3200ME ist enorm. Bei den CCD-Chips mit Bayer-Filter vor den Pixeln muss man prinzipbedingt kleinere QE in Kauf nehmen. Trotzdem wären auch hier die QE von 40-50% nicht erzielbar, wenn die Hersteller nicht mit Mikrolinsen die Photonenausbeute erhöhen würden. Es sollte soweit klar sein, dass eine gute QE allein nicht ausreicht. Worauf es eigentlich ankommt, ist das sogenannte Signal-Rauschverhältnis (SNR). Es nützt also nichts, wenn das Signal hoch ist, jedoch das Rauschen die Signalqualität zunichte macht. Rauschquellen gibt es viele und einige davon sollen später noch besprochen werden. Blooming Jeder Pixel kann nur eine begrenzte Anzahl von Elektronen aufnehmen, bevor der Potentialtopf sprichwörtlich überfließt. Im Fachjargon nennt sich das Maximum der Aufnahmefähigkeit die „Full Well Capacity" (FWC) und das Überfließen ist das „Blooming". Letzteres lässt sich durch ein geeignetes ChipDesign durch die sogenannten AntiBlooming Gates zum großen Teil verhindern. Leider kosten diese Strukturen etwas lichtsammelnde Fläche auf dem Chip und die Empfindlichkeit des Chips wird kleiner. Außerdem bewirken die Anti-Blooming Gates, dass Signal- und Photonenstrom nahe der Sättigung nicht mehr linear sind. Im wissenschaftlichen Umfeld verzichtet man deshalb meist auf Anti-Blooming, im Consumer-Bereich ist es unerlässlich. Auch in der Astrofotografie verwendet man gerne Chips mit AntiBlooming und verzichtet lieber auf den letzten Tick Empfindlichkeit und Linearität. „Bloomende" Sterne ruinieren die Gesamtästhetik und nur durch erhöhten Nachbearbeitungsaufwand ist der Effekt einigermaßen zu korrigieren. Bei modernen Chips wird ohnehin ein Teil der durch die Anti-Blooming Gates verursachten Verluste durch eine Mikrolinsenarchitektur wettgemacht. Grundsätzlich wäre auch bei der FWC „mehr = besser", aber wie immer hat auch das seine physikalischen Grenzen. Die Fähigkeit Elektronen zu sammeln, ist im wesentlichen eine Frage der Pixelgröße. Kleine Potentialtöpfe können nur wenig Elektronen halten und umgekehrt. Je mehr Elektronen so ein Pixel verträgt, umso größere Helligkeitsunterschiede könnte die Elektronik verarbeiten. In den meisten Fällen ist es den Astronomen jedoch wichtiger zu fragen, welche schwachen Signale noch registiert werden und nicht welche Helligkeitsunterschiede noch verarbeitet werden können. Der technische Begriff hierfür ist das Signal-Rausch-Verhältnis oder kurz SNR. Signal-Rausch-Verhältnis Bildgebende Sensoren unterliegen naturgemäß Beschränkungen in ihrer Leistung. Um das zu verstehen und auch um solche Sensoren miteinander vergleichen zu können muss man die elementaren Begriffe Signal und Rauschen verstanden haben. Als Signal kann man bei einem CCD-Chip einfach den Photonenstrom der Lichtquelle bezeichnen und als Rauschen physikalisch und technisch bedingte, hoffentlich statistisch verteilte Störungen des Signals. Interessante Aussagen über die Qualität eines Bildes oder auch der CCDKamera liefert nun der Vergleich zwischen dem Signal und dem Rauschen, das sogenannte Signal-Rausch-Verhältnis (SNR im Englischen). Damit man überhaupt von einem Signal sprechen kann und nicht einer statistischen Schwankung zum Narren fällt, sollte das SNR mindestens 3 betragen. Das wären im unserem Fall die schwächsten Sterne, die © 2014 · Intercon GmbH · Gablinger Weg 9 · D-86154 Augsburg · email@ intercon-spacetec.de · Fax 0821-414 085 · Tel. 0821-414 081 gerade noch nachweisbar in einem Bild wären. Bei einem SNR von 10 sieht ein Bild schon halbwegs vernünftig aus und bei einem SNR von 100 wird es glatt. Es gibt drei wesentliche Quellen des Rauschens in einem Bild: • Photonenrauschen • Intrinsisches Chip-Rauschen • Ausleserauschen Der Dunkelstrom, auch gerne „thermisches Rauschen“ genannt, ist dagegen kein Rauschen, sondern ein Signal, das man durch ausreichende Kühlung des Sensors in den Griff bekommen kann. Das Photonenrauschen dagegen liegt in der Natur der Sache und ist unabänderlich. Ebenso kann der Kamerahersteller das Rauschen des Sensors selbst nicht beeinflussen. Es bleibt noch das Ausleserauschen, an dem die Kamerahersteller wesentlichen Einfluss nehmen können. Das Ausleserauschen setzt sich aus dem Rauschen des AD-Wandlers und vielen anderen Rauschquellen interner, elektronischer Natur zusammen. Neben der Problematik, die Rauschanteile der Elektronik möglichst gering zu halten, sollte dieser Anteil echtes Rauschen sein und keine zusätzlichen Signale liefern. Denn nur ein statistisch verteiltes Rauschen mittelt sich bei der Addition von Aufnahmen heraus. Andernfalls gibt es Strukturen im Bild, die schwache Details überdecken können. Das Ausleserauschen ist der wichtigste Unterscheidungspunkt zwischen verschiedenen Herstellern, wenn es um die Detektierung sehr schwacher Signale geht. Ein einfaches Beispiel: Wir haben zwei CCD-Kameras mit dem exakt gleichen Chip. Die eine Kamera produziert ein Ausleserauschen von 8e¯, die andere ein Ausleserauschen von 12e¯. Um das gleiche Signal-Rausch-Verhältnis zu produzieren, muss man mit der zweiten Kamera 1,5 mal so lange belichten wie bei ersterer. Neben der längeren Belichtungszeit gibt es aber noch andere Nachteile, die damit © 2014 · Intercon GmbH · zusammenhängen. Zunächst indirekt über die Zunahme von Fehlerquellen (Montierung, Seeing ...), sodann aber auch direkt in einer Abnahme der Dynamik im Bild. In einem ausführlichen Artikel in der Zeitschrift „Astronomy, Technology Today" vom Februar 2008 hat Richard Berry, ein bekannter CCD-Guru, eine QSI 532ws in dieser Hinsicht ausführlich unter die Lupe genommen. Die Analyse zeigte, dass die QSI-Elektronik keinen nachweisbaren Rausch-Term zum eigentlichen Chip-Rauschen hinzufügt. Die Kameraelektronik rauscht also wesentlich geringer als der Chip selbst. Mindestens genauso wichtig ist die Erkenntnis, dass damit das Rauschen einer QSI-Kamera absolut statistisch erfolgt (GaußVerteilung). Die Möglichkeit das SignalRausch-Verhältnis durch Bildaddition zu verbessern ist also nicht durch die Kameraelektronik begrenzt. Dunkelstrom Eine der wichtigsten unerwünschten Signalquellen ist der sogenannte Dunkelstrom. Glücklicherweise kann man diesen Term vergleichsweise einfach in den Griff bekommen. Der Dunkelstrom ist ein Effekt, der prinzipbedingt in jedem lichtempfindlichen Halbleiter auftritt. Dabei werden im Halbleitermaterial hauptsächlich durch Wärmebewegung freie Elektronen erzeugt, die in den Potentialtöpfen der Pixel eingefangen werden. Es ist nicht möglich zwischen den Elektronen zu unterscheiden, die durch Photonen erzeugt wurden und Elektronen, die aus dem Material in den Potentialtopf gewandert sind. Durch geeignete Dotierung kann man den Dunkelstrom in einem Chip reduzieren, aber nicht komplett beseitigen. Da die Wärmebewegung eine wesentliche Quelle für die Dunkelstromelektronen ist, kann man durch Kühlung den Dunkelstrom stark begrenzen. Eine wesentliche Eigenschaft des www.intercon-spacetec.de · www.qsimaging.de · QSI USA: Dunkelstroms ist, dass dessen Größe exponentiell von der Temperatur anhängt. Im Schnitt verdoppelt sich der Dunkelstrom alle 6 bis 7 Grad. Umgekehrt argumentiert kann man den Dunkelstrom durch Kühlung sehr effektiv begrenzen. Typische 2-stufige Peltierelemente wie man sie in vielen CCD-Kameras findet, schaffen eine Temperaturdifferenz von etwa 30 Grad. Wenn man weiterhin annimmt, dass sich der Dunkelstrom pro 6 Grad halbiert, hat man bei 30 Grad Temperaturdifferenz nur noch rund 1/30 des normal anfallenden Dunkelstroms. QSI-Kameras schaffen sogar 45 Grad Temperaturdifferenz. Damit sinkt der Dunkelstrom auf ~1/200 des Normalwertes und ist in vielen Fällen sogar vernachlässigbar. Bei Bedarf kann man QSI-Kameras flüssigkeitsunterstützt kühlen, womit man den Dunkelstrom gegenüber der Peltierkühlung nochmal mehr als halbieren kann. All diese Kühlmethoden wären praktisch sinnlos, wenn die CCD-Chips von Haus aus so hohe Dunkelströme besitzen würden, dass nur noch die Kühlung mit flüssigem Stickstoff Abhilfe verspräche. Dieser Aufwand ist in den meisten Fällen zu groß. Deshalb versuchen die ChipHersteller Sorge zu tragen, dass der Dunkelstrom selbst bei einem ungekühlten Sensor in beherrschbarem Rahmen bleibt. Die in den QSI-Kameras eingebauten Kodak- und Sony-Chips profitieren jedenfalls von modernen Fertigungsmethoden, die den Dunkelstrom auf einem sehr niedrigen Level halten. Als Beispiel mag der Kodak KAF3200 dienen, der bei -25° Celsius im Schnitt weniger als 0,02 Dunkelstromelektronen pro Sekunde produziert. Der Vorteil eines so geringen Dunkelstroms ist natürlich, dass die Dynamik des Bildes nicht durch diesen Rauschanteil „aufgefressen" wird. Es lässt sich länger belichten und praktisch keine Aufnahme unter mitteleuropäischen www.qsimaging.com -13- Verhältnissen wird durch den Dunkelstrom begrenzt, sondern einzig durch die Himmelsaufhellung. Grundsätzlich lässt sich der Dunkelstrom als Konstante für jedes Pixel betrachten, solange die Temperatur während der Belichtungszeit ebenfalls konstant bleibt. Die Temperaturregelung der Kamera muss also exakt funktionieren, damit die Ergebnisse reproduzierbar bleiben. In den QSI-Kameras finden wir deshalb eine äußert exakte Temperatursteuerung, deren Regelschwankungen von kleiner als +/- 0,1° völlig vernachlässigbar sind. Ausleserauschen Eine genauere Analyse des Ausleserauschens von QSI-Kameras zeigt deren herausragendes Elektronikdesign. Dazu unterzieht man Bias-Bilder einer (2D-) Fourier-Transformation und kann damit jedes noch so kleine, periodisch auftretende Muster im Bild identifizieren. Solche periodischen Muster werden z.B. durch Störstrahlung einer nicht optimal abgeschirmten Elektronik verursacht. Letztendlich verschlechtern alle Störungen das Signal-Rausch-Verhältnis im Bild, was dazu führt, dass man länger belichten muss, um die gewünschte Bildqualität zu bekommen. Die Fourier-Analyse eines Bias-Bildes einer QSI-Kamera zeigt neben dem charakteristischen und aus der Transformation stammenden hellen Bildpunkt exakt in der Mitte nur statistisches Rauschen. Im Bild finden sich keinerlei wiederkehrende Muster. Das von der Elektronik zusätzlich zum Chip-Rauschen induzierte Ausleserauschen ist kleiner als 0,1e¯. Im Vergleich dazu zeigt die Analyse zweier anderen CCD-Kameras deutliche Signale im Fourier-transformierten Bild. Bei letzteren beiden Kameras gibt es Muster, die sich periodisch wiederholen und die sich nicht bei der Addition von Bildern herausmitteln. Das von den Kameras induzierte Ausleserauschen ist um Faktoren größer. -14- Selbst eine einfache Analyse des Rauschens des Bias-Bildes kann schon die Unterschiede in der Qualität verschiedener Kameras zeigen. Hierfür wurde von einem Masterbias ein einfaches Bias-Bild abgezogen und die Verteilung der Pixelwerte dargestellt. Im Idealfall zeigt sich eine Gauß'sche Glockenkurve. G l e i c h m ä ß i g e s Ra u s c h e n , klassische Gauß-Verteilung QSI-Kamera QSI-Kamera < 0,1 e¯ Kamera B Die seitlichen Flügel liefern Artefakte Kamera A Kamera B ~ 3,9e ¯ ~ 2,4e¯ Das Stacken von Bildern von Kamera B würde Artefakte im Summenbild hinterlassen. Das schränkt die Reichweite bei den lichtschwachen und damit den interessantesten Objekten ein. Nur bei einer Kamera mit Gauß-verteiltem Rauschen, wie oben bei der QSI, ist das Stacken von Bildern nicht durch die Kameraelektronik beschränkt. © 2014 · Intercon GmbH · Gablinger Weg 9 · D-86154 Augsburg · email@ intercon-spacetec.de · Fax 0821-414 085 · Tel. 0821-414 081 Lieferumfang Zubehör Über Q S I Alle 600er QSI CCD-Kameras kommen Für die QSI-Kameras ist umfangreiches mit einer umfassenden Ausstattung: Zubehör verfügbar. Geschraubter Metalldeckel für die Kamera, wasser- u. staubdichter Peli Koffer mit Schaumstoffeinlage, Werkzeug, Netzteil 100-240 V auf 12 V, USBKabel, Guider-Kabel (ST4-kompatibel), CD mit Treibern und Software. Der teleskopseitige Anschluß erfolgt meist über T2-Gewinde (M42 x 0,75) oder den Adapter 2" Steck auf T2, kann aber auch geändert werden. Der Guider-Anschluß erfolgt über CMount (M25,5 x 0,5) oder auf Wunsch T2. Die Firma Quantum Scientific Imaging Inc., USA, entwickelt und produziert wissenschaftliche Kameras für Anwendungsbereiche, die überlegene Abbildungsleistung erfordern, wie z.B. Astronomie, Forschung, Bio-Wissenschaften und industrielle Bildverarbeitung. Firmenzentrale und Produktionsstätte befinden sich im Süden des USBundesstaates Mississippi, nicht weit von New Orleans und dem NASA Stennis Space Center entfernt. Die Firma wurde von einem erfahrenen Entwicklerteam gegründet, von dem jeder mehr als 20 Jahre BranchenFilterräder können einfach gewechselt erfahrung in Elektronik, Mechanik und werden. Das gilt für beide Varianten mit Software-Engineering mitbrachte. Sie sind 5er und mit 8er Filterrad. heute noch bei QSI tätig. Für den Guider-Port am wsg-Cover Man setzte von Anfang an auf modernste gibt es die Anschlussgewinde C-Mount Fertigungsmethoden und lückenlose und T2. Die Qualitätssicherung, um überlegene Adapter können Imaging-Lösungen zu bieten. auch nachträglich QSI ist heute ein führendes Unternehmen ausgewechselt in der Entwicklung und Herstellung von werden. gekühlten CCD-Kameras für Auf das ws-Cover kann man mit dem Anwendungen mit wenig Licht. Filter entsprechenden Bajonett-Adapter TeleAuf das zukunftsorientierte, innovative Auf Wunsch bestücken wir die Kamera objektive von Design der QSI-Kameras verlassen sich mit Filtern der namhaften Hersteller Canon oder Nikon Organisationen von Weltrang: Astronomik, Astrodon oder Baader. montieren. Das Führende Universitäten ermöglicht riesige in den USA und der ganzen Welt, Gesichtfelder komdarunter Harvard, NYU und UCLA biniert mit der SchmalbandfotoStaatliche Forschungsorganisationen, grafie. darunter NASA, JPL, NIST und die US National Labs Auch das Cover lässt sich nachträglich wechseln, um andere AnwendungsGroße kommerzielle Organisationen, bereiche zu erLife-Science-Unternehmen und auch schließen. So kann einzelne Forscher aus einer erstaunlich man das wsg-Cover vielfältigen Auswahl an Disziplinen gegen das ws© Copyright 2009-2014 Cover tauschen. QSI Generalvertrieb Deutschland, Österreich Ebenso lässt sich und deutschsprachige Schweiz nachträglich zwiIntercon Markenartikel Fabrikation & Vertrieb GmbH, schen 5er-und 8erGablinger Weg 9, D-86154 Augsburg Filterrad umrüsten. © 2014 · Intercon GmbH · www.intercon-spacetec.de · www.qsimaging.de · QSI USA: www.qsimaging.com -15- -16- © 2014 · Intercon GmbH · Gablinger Weg 9 · D-86154 Augsburg · email@ intercon-spacetec.de · Fax 0821-414 085 · Tel. 0821-414 081