|
|
|
SIS1-System
|
Unit
|
t253EM
|
t285EM
|
s285
|
s249
|
p18
|
p1010
|
p3020
|
m30oe
|
m30bi
|
m4720bi
|
m4720ai
|
|
Datasheet:
|
|
PDF (175K)
|
PDF (175K)
|
PDF (373K)
|
in Arbeit
|
PDF (378K)
|
PDF (378K)
|
PDF (384K)
|
PDF(319K)
|
PDF(320K)
|
PDF (402K)
|
PDF (400K)
|
|
CCD Image Sensor
|
|
TI253
|
TI285
|
ICX285AL
|
ICX249AL
|
FT18
|
FTT1010
|
FTF3020M
|
CCD 30-11
|
CCD 30-11
|
CCD 47-20bi
|
CCD 47-20ai
|
|
Sensor Type
|
|
FT / EM CCD
|
FT / EM CCD
|
IT / CCD
|
IT / CCD
|
FT / CCD
|
FT / CCD
|
FF / CCD
|
FF / CCD
|
FF / CCD
|
FT / CCD
|
FT / CCD
|
|
CCD Manufacturer
|
|
TI
|
TI
|
Sony
|
Sony
|
Philips
|
Philips
|
Philips
|
E2V
|
E2V
|
E2V
|
E2V
|
|
Pixel Size
|
µm
|
7.4 x 7.4
|
8 x 8
|
6.45 x 6.45
|
8.6 x 16.6
|
7.5 x 7.5
|
<12 x 12
|
12 x 12
|
26 x 26
|
26 x 26
|
13 x 13
|
13 x 13
|
|
Active Area, H x V
|
mm
|
4.8 x 3,67
|
8 x 8
|
9 x 6.7
|
6.4 x 4.8
|
7.7 x 7.7
|
12.3 x 12.3
|
36.9 x 24.6
|
26.6 x 6.7
|
26.6 x 6.7
|
13.3 x 13.3
|
13.3 x 13.3 |
|
Image Diagonal
|
mm
|
6.1
|
11.35
|
11.2
|
8.1
|
10.9
|
17.4
|
44.34
|
27.43
|
27.43
|
18.82
|
18.82
|
|
Aspect Ratio, width : height
|
|
4 : 3
|
1 : 1
|
4 : 3
|
4 : 3
|
1 : 1
|
1 : 1
|
3 : 2
|
4 : 1
|
4 : 1
|
1 : 1
|
1 : 1
|
|
Pixelnumber, col. x lines
|
|
656x496
|
1004x1002
|
1392x1040
|
752x290
|
1024x1024
|
1024x1024
|
3072x2048
|
|
1024x256
|
1024x1024
|
1024x1024
|
|
Pixelnumber, Interlace Mode
|
|
|
|
|
|
1024x2048
|
1024x2048
|
3072x4096
|
|
|
1024x2048
|
1024x2048
|
|
Full
Well Capacity, pixel |
e-
|
44 000
|
40 000
|
18 000
|
30 000
|
120 000
|
650 000
|
650 000
|
300 000
|
500 000
|
100 000
|
100 000
|
|
Read-out Noise, rms
|
e-
|
0.5 / 25
|
0.5 / 20
|
2.5
|
4.5
|
4
|
12
|
12
|
7
|
7
|
8
|
8
|
|
Dynamic
Range |
d
|
1,700 : 1
|
2,000 : 1
|
7,200 : 1
|
6,700 : 1
|
30,000 : 1
|
54,000 : 1
|
54,000 : 1
|
43,000 : 1
|
55,000 : 1
|
12,500 : 1
|
12,500 : 1
|
|
Dark
Current, pixel, 15°C |
e-
|
3.5
|
4
|
2
|
9
|
85
|
40
|
40
|
140
|
550
|
140
|
55
|
|
FW / Dark Current, 25°C
|
s
|
12.570
|
10.000
|
9 000
|
3 300
|
1 410
|
11 000
|
16 000
|
2 140
|
910
|
714
|
1 818
|
|
Quantum
Efficiency, QE |
%
|
40
|
67
|
65
|
71
|
32
|
32
|
32
|
53
|
85
|
92
|
45
|
|
Sensitivity, photons SNR=1 |
|
1.25
|
0.75
|
3.6
|
7.7
|
12.5
|
37.5
|
37.5
|
13.2
|
10.5
|
8.7
|
17,8
|
|
Total
Electron Capacity, TEC |
109e
|
14.3
|
40.2
|
25
|
6.6
|
125
|
680
|
4 090
|
78
|
130
|
105
|
25
| |
|
Total
Noise Electrons, TNC |
106e-
|
0.2
|
0.5
|
2.9
|
1.5
|
4.2
|
12.5
|
75
|
1.8
|
2.3
|
8.4
|
2.9
|
|
Binning |
|
hor., vert.
|
hor., vert.
|
hor., vert.
|
hor., vert.
|
hor., vert.
|
hor., vert.
|
hor., vert.
|
hor., vert.
|
hor., vert.
|
hor., vert.
|
hor., vert.
|
|
Anti-Blooming x FWC |
|
>200
|
>200
|
>200
|
>200
|
>200
|
>200
|
>200
|
1
|
1
|
-
|
1
|
|
Frame Rate: 1MHz(18bit)/ 3MHz(14bit)/ 6MHz(14bit) |
Hz
|
-/ 8.7/ 17.5
|
-/ 2.3/ 5.5
|
-/ 2/ 4
|
-/ 12/ 24
|
0.9/ 2.7/ 5.4
|
0.9/ 2.7/ 5.4
|
0.15/ 0.4/ 0.8
|
3.5/ 10/ 20
|
3.5/ 10/ 20
|
0.9/ 2.7/ -
|
0.9/ 2.7/ -
|
|
Options
|
|
Framing 4 MHz |
Framing 1 MHz |
Framing 0.3 MHz color |
color |
Framing 0.8 MHz fiberoptic |
Framing 0.8 MHz fiberoptic |
color |
fiberoptic |
|
|
|
|
Price,
standard
|
€
|
8,900
|
13,900
|
7,900
|
7,200
|
9,900
|
12,800
|
15,900
|
13,500
|
17,900
|
17,900
|
15,900
|
|
|
Lieferumfang:
Die SIS Systeme bestehen aus der
kompletten peltiergekühlten CCD Kamera, inklusive A/D Interface,
Verbindungskabel und unserer WinSIS 6 extended
Bildverarbeitungs Software.
Falls Sie optional einen Computer bestellen, bekommen Sie das System
konfiguriert geliefert. Damit ist es SOFORT einsatzbereit. Das
heißt natürlich auch, dass die Komponenten optimal aufeinander
abgestimmt sind und Sie dadurch eine optimale Systemperformance
erhalten.
Teilen Sie uns Ihre speziellen Wünschen (z.B.:
Binning) mit
und setzen Sie Sich bitte deshalb mit uns in Verbindung.
Wir unterbreiten Ihnen gerne ein maßgeschneidertes Angebot.
|
|
ausgewählte Referenzen:
|
 |
Das Max-Planck-Institut
setzt mehrere unserer Scientific CCD Kamera Systeme beim
Fusionsexperiment ASDEX Upgrade für Forschungszwecke ein,
worauf wir besonders stolz sind. Für dieses
Vertrauen möchten wir uns bedanken.
|
|
 |
DLR unterhält in
Südspanien die permanente Außenstelle Plataforma Solar. Sie
ist ein Teil der Solarforschung der DLR zur Optimierung von
dem Wirkungsgrad von Solaranlagen. Auch hier werden
unsere CCD Kamera Systeme eingesetzt.
|
|
|
Das Institut für Angewandte
Physik der Rheinischen Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn
und das Max-Planck-Institut für Quantenoptik setzen unsere
CCD Kamera Systeme zur Untersuchung der Bose-Einstein-Kondensation (BEC)
ein: Die nachfolgenden Links geben eine anschauliche
Erklärung zu BEC: Die meisten Bilder wurden mit unseren
CCD Kamera aufgenommen.
http://www.iap.uni-bonn.de/P2K/bec/index.html
http://www.mpq.mpg.de/qdynamics/projects/bec/index.html
|
|
|
Glossar -
Beschreibung der Eigenschaften einer CCD Kamera:
für eine anschaulichere Beschreibung öffnen Sie bitte das Glossar
(PDF 126 KB)
Bei
weiteren Fragen zu unserem CCD Kamera System:
 E-Mail: info@theta-system.de
|
|
Quantenausbeute, QE, von einem CCD
Sensor
Quantum
Efficiency, QE |
Die Quantenausbeute QE ist
definiert als das Maß, das den prozentualen Anteil der aus
den einfallenden Photonen gebildeten elektronischen Ladungen
angibt. Sie gibt also die Effizienz des CCD Bildsensors an
und ist durch seine Materialeigenschaften, sein
Herstellungs-Verfahren und seine Design-Struktur bestimmt.
Je nach Anwendung und verfügbarer Lichtmenge ist dies ein
Orientierungswert um Sich für die richtige CCD Kamera zu entscheiden.
Im PDF Glossar
sind die
Wellenlängen-Abhängigkeiten der Quantenausbeute der
verschiedenen Sensoren dargestellt, um im Vergleich die
Selektion für die einzelnen Applikationen zu erleichtern.
|
|
Licht Sensitivität von einem CCD
Sensor
light
sensitivity |
Die Sensitivität S ist ein
Maß für die Empfindlichkeit eines CCD Sensors. Die
Sensitivität ist das Verhältnis von Signal/Rauschverhältnis
SNR und Quantenausbeute
QE: S = SNR/QE
Die Sensitivität gibt also an, wie viele Photonen zur Erzeugung eines Signals
notwendig sind, das einem Signal/Rauschverhältnis von SNR=1
entspricht. Insbesondere bei geringen Lichtintensitäten
sollten Sie darauf achten eine CCD Kamera mit hoher
Sensitivität zu wählen.
Im PDF
Glossar
wird
die Sensitivität in Abhängigkeit von der Wellenlänge für
verschiedene CCD Bildsensoren angezeigt.
|
|
Dunkelstrom von einem CCD
Sensor
dark current |
Der Dunkelstrom eines CCD
Bildsensors ist ein wichtiger Faktor, welcher die
Sensitivität stark mitbestimmt.
Er resultiert aus der
thermischen Genese von Elektronen mit seiner
Temperaturabhängigkeit und folgt mit guter Nährung einem
klar exponentiellen Verhalten. Als mittlerer Richtwert kann
eine Verdoppelung des Dunkelstromes durch eine
Temperaturerhöhung von etwa 6°C bis hin zu 9°C zur
überschlagsmässigen Abschätzung angenommen werden. Es
addiert sich zum Nutzsignal. Seine statistischen
Eigenschaften tragen als Dunkelrauschen zum Gesamtrauschen
bei. Abweichend vom Idealfall sind die Dunkelsignale aber
nicht gleichmäßig über das Array der einzelnen Bildpunkte
verteilt, sondern variieren infolge von Inhomogenitäten
während der Chipherstellung örtlich über der Sensorfläche,
so dass ein strukturiertes Dunkelbild entsteht,
welches man als „fixed pattern noise“ bezeichnet. Teilweise
treten sogar so genannte „Hot pixel“ als sehr starke
Dunkelabweichungen einzelner Pixel auf. Diese feste
Dunkelstruktur kann durch Subtraktion eines Dunkelbildes vom
Nutzbild korrigiert werden.
Zur Minimierung des Dunkelstroms wird jede unserer CCD Kamera standardmäßig Peltier gekühlt.
Bitte beachten Sie das
Diagram
im PDF Glossar.
|
|
Sättigungsladung von einem CCD
Sensor
Full Well
Capacity, FWC |
Die Sättigungsladung FW ist
die maximale Anzahl Elektronen, die ein einzelnes Pixel
unterhalb der Sättigungsbelichtung aufnehmen kann. Die FW
ist im Wesentlichen abhängig von der Art des Bildsensors,
seiner Betriebsweise und von der Größe der Pixel. Wird die
Sättigungsladung überschritten, laufen bei konventionellen
Bildsensoren die überschüssigen Elektronen in die
Potentialtöpfe der benachbarten Pixel über und es entsteht
das so genannte „Blooming“. Dieser Effekt beeinflusst damit
die qualitativen und quantitativen Bildeigenschaften.
Eine CCD Kamera die einen Bildsensoren mit so genannter „Antiblooming
Struktur“ besitzt, leitet die überschüssigen Elektronen
nicht zu den benachbarten Bildpunkten ab, sondern zu
speziellen Drainagestrukturen. Da diese Strukturen jedoch
Platz auf dem Chip benötigen, wird dadurch die
Quantenausbeute oder der Füllfaktor negativ beeinflusst.
Häufig ist diese
Antiblooming Fähigkeit jedoch sehr wichtig, z.B. bei der
Vermessung kleiner Intensitäten in der Nachbarschaft von
Intensitäten, die mehrere Größenordnungen größer sind.
Eine CCD Kamera, die Antiblooming Sensoren, besitzt kann Elektonenkapazitäten größer als
die 200 bis 1000-fache Sättigungsladung verarbeiten.
|
|
Gesamte
Elektronenkapazität von einem CCD Sensor
Total electron
capacity, TEC |
Die gesamte Elektronenkapazität TEC eines CCD Bildsensors ist das
Produkt aus Sättigungsladung und Gesamtzahl der Pixel. Sie
ist ein gutes Maß beim Vergleich von verschiedenen
Bildsensoren mit Berücksichtigung der Gesamtzahl der
Rauschelektronen TNE (siehe dort). Die Gesamtdynamik einer
CCD Kamera erhält man als das Verhältnis von TEC und
TNE.
|
|
Gesamtzahl der
Rauschelektronen von einem CCD Sensor
Total noise
electrons, TNE |
Die Gesamtzahl der
Rauschelektronen TNE eines CCD-Bildsensors ist das Produkt
aus Rauschelektronen und Gesamtzahl der Elektronen. In
Verbindung mit der gesamten Elektronenkapazität TEC (siehe
dort) erhält man die Gesamtdynamik einer CCD Kamera.
|
|
Füllfaktor von einem CCD Sensor
Fill Factor |
Der Füllfaktor gibt den für
die Konversion der einfallenden Photonen wirksamen
Flächenanteil eines Pixels an und ist damit ein wesentliches
Merkmal eines CCD Bildsensors.
Bei Bildsensoren mit einem
Füllfaktor kleiner als 100% entstehen entsprechend der
räumlichen Abtasteigenschaften Moíre-Strukturen, welche die
Modulationsübertragungsfunktion beeinflussen und teilweise
eine quantitative Auswertung der Bildsignale verhindern.
Weiterhin wird die effektive Quantenausbeute in demselben
Maße verringert. Diese Verringerung der effektiven
sensitiven Fläche wird durch Linsenstrukturen über den
einzelnen Pixeln direkt auf der CCD Sensoroberfläche
wesentlich vermindert. Jedoch entsteht hierdurch eine
Richtungsabhängigkeit bezüglich der einfallenden Strahlung,
die effektive Quantenausbeute der CCD Kamera nimmt um so stärker ab, je
größer der Einfallswinkel ist, was bei optischen Systemen
(wie z.B. Objektiven) mit größer werdenden Öffnungszahl, zur
Erhöhung der Sensitivität, sehr starke Einflüsse hat.
|
|
Linearität von einem CCD Sensor
Linearity |
Ein wichtiges Kriterium für
die photometrische Applikation eines optischen Mess-Systems ist seine
Linearität. Das digitalisierte Messsignal soll möglichst proportional zur
Intensität des einfallenden Lichtes sein. Als Linearität kann die prozentuale
Abweichung vom linearen Fit eines Linearitätsplots bezogen auf die
Sättigungsbelichtung definiert werden, also:
Lin (%) = (Abweichung x 100
Sättigungsbelichtung
Die Linearität hängt ab vom Bildsensor selbst, von der Signalverarbeitungselektronik und natürlich auch
von den Eigenschaften des Analog/Digitalwandlers (A/D).
Im Allgemeinen sind die Linearitätsabweichungen kleiner als einige zehntel Prozent. Da die
Nichtlinearität für ein System weitgehend konstant ist, kann diese mittels einer
Eichmessung bis in den Promillebereich verbessert werden. Als Eichfunktion
eignet sich der User-Operator der WinSIS Bildverarbeitungssoftware, der die
Intensitätsabweichungen in einfacher Weise als Lookup Tabelle abspeichert und
somit eine äußerst schnelle Korrektur gestattet und damit die Qualität der CCD
Kamera hinsichtlich der Linearität zu erhöhen.
Bitte beachten Sie das
Diagram
im PDF Glossar.
|
|
Dynamischer Bereich von
einem CCD Sensor
Dynamic Range |
Der dynamische Bereich einer CCD Kamera ist definiert als das Verhältnis von Sättigungsbelichtung zu
Kamerarauschen. Sie ist eine wichtige Größe zur Kennzeichnung der CCD Kamera
Performance, da sie ein Maß zur Quantifizierung von kleinen Intensitäten relativ
zu großen Intensitäten ist, also quasi den Intensitätsmessbereich innerhalb
einer Bildaufnahme angibt.
THETA SYSTEM verwendet für
sein CCD Kamera System Digitalisierungen von 14-Bit
(Ausleseraten: 3MHz und 10MHz) sowie 18(16)-Bit (1MHz
Ausleserate), die ohne die Notwendigkeit der Einführung
verschiedener Detektionsbetriebsarten mit verschiedenen
analogen Signalverstärkungsfaktoren die optimalen
Anpassungen an die verschiedenen CCD
Bildsensorspezifikationen erlauben.
Hierbei ist auch eine höhere
Digitalisierungsdynamik relativ zur erreichbaren CCD
Bildsensordynamik sinnvoll. Mit einer Signalmittelung durch
Bildakkumulation kann die Gesamtdynamik des A/D-Wandlers
voll ausgenutzt werden und man ist nicht auf etwa 13-Bit bei
Einsatz eines 12-Bit A/D-Wandlers beschränkt. Mit unserem
18-Bit A/D-Wandler erreicht man bei einer Ausleserate von 1
MHz durch Akkumulation eine Dynamik bis zu 19-Bit.
|
|
Signal / Rausch Abstand,
SNR, von einem CCD Sensor
Signal to noise
ratio, SNR |
Die Lichtempfindlichkeit ist ein wesentliches Merkmal einer
CCD Kamera. Sie kann die minimale Lichtmenge angegeben werden, welche ein nutzbares Bildsignal
ergibt, definiert bei einem Signal/Rausch-Abstand SNR=1,
wenn also das Nutzsignal gleich dem Rauschsignal ist.
Der Signal/Rauschabstand SNR
(Signal to Noise Ratio) ist abhängig von:
► dem naturbedingten
Photonenrauschen: = der Quadratwurzel der
Signalintensität Is
► dem thermischen Rauschen
des Dunkelstromes ID
► dem Ausleserauschen A, das
vom CCD Sensor und der Verarbeitungs-Elektronik herrührt.
Der formelmäßige Zusammenhang ist: SNR = Is / Sqr(Is
+ ID + A²).
Bei hohen Intensitäten – wie sie typischerweise bei
Absorptionsmessungen, bei Lichtverteilungsmessungen in
Strahlprofilen oder in der Hellfeldmikroskopie etc.
auftreten – ist nur das Photonenrauschen relevant und man
selektiert für diese Applikationen einen Sensor mit einer
hohen Sättigungsbelichtung. Bei kleinen Intensitäten
überwiegen das Ausleserauschen und das Dunkelrauschen, so
dass zur Auswahl die Quantenausbeute des Bildsensors und das
Rauschen der CCD Kamera maßgebend sind.
Bitte beachten Sie das
Diagram
im PDF Glossar.
|
|
Binning von einem CCD Sensor
Binning |
Binning nennt man das
Zusammenfassen von Intensitäten benachbarter Bildelemente.
Beim Binning wird die Ortsauflösung entsprechend der Anzahl
der zusammengefassten Pixel reduziert.
Man unterscheidet zwischen
Software Binning und Hardware Binning, wobei jede dieser
Arten Vor- und Nachteile hat. Das Hardware Binning wird
direkt auf dem CCD Bildsensor durch Zusammenfassen der
gebildeten Ladungsträger mehrerer Bildpunkte beim
Bildauslesen durchgeführt, indem man beim Zeilen Binning die
Ladungen mehrerer Zeilen in das Ausleseregister schiebt,
bevor man sie zur Ausgangsstufe transferiert, bzw. beim
Spalten Binning die Ladungen mehrerer Zellen des
Ausleseregisters in die Ausgangsstufe schiebt, bevor man sie
ausliest.
Da man diese
zusammengefassten Ladungen nur einmal auslesen muss,
entsteht für die Gesamtintensität mehrerer Pixel nur einmal
das Ausleserauschen und man erreicht einen entsprechend der
gebinnten Pixelzahl höheren Signal/Rauschabstand (siehe
dort).
Das Hardware Binning ist
also bei kleinen Intensitäten sinnvoll, wenn man eine
reduzierte Bildauflösung der CCD Kamera tolerieren kann. Zu
beachten sind die maximalen Sättigungskapazitäten des
Ausleseregisters und der Ausgangsstufe, die im Allgemeinen
nicht die vollen gebinnten Ladungsmengen verarbeiten können,
so dass bei hohen Intensitäten Blooming auftreten kann. Das
Software Binning erfolgt nach der Bildaufnahme durch
Addition der Intensitäten benachbarter Bildpunkte im
Bildspeicher. Software Binning ist immer dann empfohlen,
wenn durch Addition der Intensitäten das Photonenrauschen
bei mittleren und höheren Intensitäten (Photometrie,
Hellfeldmikroskopie, Strahlprofilvermessung etc.) vermindert
werden soll, was man im SNR-Diagramm analysieren kann. Man
erhöht die Messgenauigkeit um die Quadratwurzel der Anzahl
der gebinnten Pixel.
Beim Hardware Binning wird
die Auslesezeit entsprechend der verringerten Anzahl der
auszulesenden Zeilen verkürzt, was zu einer höheren
Messfrequenz führt. Bei zeitabhängigen Bildsequenzen kann
man oft durch geschickte Wahl einer Kombination von Binning
Faktoren einen guten Kompromiss zwischen Ortsauflösung und
Zeitauflösung finden.
Nach Belichtung der
einzelnen Pixel der CCD Matrix mit der relativen Intensität
1 werden die Ladungen mit dem anschließenden Transfer in die
Speicherzone transportiert. Zu Beginn des Auslesens werden
nun mit dem Zeilenshift 1 die Ladungen aller Zeilen um eine
Zeile in Richtung des Ausleseregisters geschoben, wobei sich
die Ladungen der untersten Zeile nun im Ausleseregister
befinden (In der obersten Zeile sind nun keine Ladungen
mehr). Mit dem analog ablaufenden Zeilenshift 2 werden die
nun in das Ausleseregister transferierten Ladungen und die
vorher dort schon vorhandenen zur Intensität 2 addiert. Ein
ähnlicher Transfer transportiert die Ladungen mit dem
Spaltenshift 1 und dem Spaltenshift 2 vom Ausleseregister in
die Ausgangsstufe. Nach dem Auslesen der Ladung mit der
Intensität 4 aus der Ausgangsstufe zur
Verarbeitungselektronik wird die Ausgangsstufe gelöscht, die
nächsten beiden Zellen des Ausleseregisters werden analog
ausgelesen und so weiter.
Bitte beachten sie den
schematischer Beispiel-Zyklus des 2x2 Hardware-Binnings
einer 4x4 CCD Matrix
im PDF Glossar.
|
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Wenn Sie weiterführende oder spezifische Fragen zu einer
speziellen CCD Kamera haben, dann freuen wir uns über eine E-Mail:
E-Mail: info@theta-system.de
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