QHY 461M PH, BSI Medium Size CMOS Kamera, gekühlt

QHY461M PH - speziell für die anspruchsvollsten Amateur-Astrofotografen

Die monochrome QHY461M PH (Photo) ist eine komplette Neuentwicklung der größeren, wissenschaftlichen Kamera des monochromen Modells QHY461M Pro. Sie besitzt ein kompakteres Gehäuse und verfügt NICHT über die wissenschaftlichen Funktionen der  QHY 461 M/C PRO, BSI Cooled Scientific Kameras (verschiedene Versionen / Varianten erhältlich) . Dazu gehören unter anderem die beiden 2 x 10 GB Glasfaserschnittstellen, GPS Zeiterfassung, programmierbarer FPGA und dem externen Triggereingang. Auch eine optionale zusätzliche Wasserkühlung ist nicht verfügbar.

Die Daten werden über eine Standard USB 3.0 Schnittstelle an den PC übertragen. Ansonsten ist die Leistung der QHY461 PH im wesentlichen identisch mit der wissenschaftlichen Version.Der Hauptvorteil der QHY461M PH besteht darin, dass sie alle für die Astrofotografie wichtigen Funktionen und Leistungen zu einem deutlich niedrigeren Preis als die QHY 461-Pro bietet.

Hochauflösender, wissenschaftlicher CMOS-Sensor Sony IMX 461 mit 102 Megapixeln

Der Sony BSI CMOS IMX 461 Sensor

Der Sony IMX461 ist ein BSI Exmor R Sensor mit ähnlicher Architektur des größeren Bruders, dem IMX411. Der Sensor hat eine Größe von 44mm x 33mm bei 55mm Bilddiagonale. Das Array hat 11.656 x 8.742 Pixel (102 Megapixel) bei quadratischen 3,76 µm Pixeln. Er hat eine maximale Quanteneffizienz bei gleichzeitig hohem Dynamikbereich.

Echte 16 Bit Analog Digitalisierung mit 65.536 Graustufen

Der IMX ist der weltweit erste wissenschaftliche CMOS Sensor mit einem 16 Bit AD-Wandler "on board". Die Datenausgabe liefert echte 16 Bit mit 65.536 Graustufen. Dagegen liefern die meisten CMOS Sensoren nur eine Auflösung von 12- oder 14 Bit (4.096, bzw. 16.385 Gaustufen). Das bedeutet eine gröbere Abtastrate und z.B. im Bereich der astronomischen Photometrie bei schwachen Signalen eine ungenauere Auflösung. Im Vergleich zu Kameras 12/14 Bit Sensoren bietet die QHY461 PH eine höhere Abtastauflösung und die Systemverstärkung beträgt weniger als 1e-/ADU bei sehr geringem Ausleserauschen.

Sehr geringes Ausleserauschen von nur 1 Elektron bei hoher Verstärkung

Die QHY461M PH hat nur ein Elektron Ausleserauschen (1 e-) bei hoher Verstärkung und eine hohe - für die große Dimension des Sensors - Auslesegeschwindigkeit von 1,3 Bilder pro Sekunde (fps) bei 16 Bit, bzw. 2,7 Bilder pro Sekunde bei 8 Bit AD Wandlung.

Ein Elektron an Ausleserauschen bedeutet, dass die Kamera ein Signal Rausch Verhältnis (SNR) >3 (SNR) bei nur 3 bis 4 Photonen Signal erreichen kann. Das ist eine nahezu perfekte Leistung, wenn bei der Bildaufnahme nur ein sehr schwaches Signal (Photonen) zur Verfügung steht. So ist die Kamera optimal, sowohl für kurze Belichtungszeiten (lucky imaging) als auch für lange Belichtungszeiten, die z.B. nötig für Schmalband Aufnahmen im RGB Modus nötig sind. Die Größe des Sensors ist auch ideal für Weitwinkelansichten des Himmels.

Quanteneffizienz und niedriges Dunkelstromrauschen

Die BSI Technik des IMX461 Sensors führt zu einer außerordentlichen hohen Quanteneffizienz (max. 90% bei 540nm) und weist dank der Exmor BSI sCMOS-Technologie von SONY einen extrem niedrigen Dunkelstrom auf. Das bedeutet, dass die Kamera aufgrund ihrer hohen Empfindlichkeit und ihres geringen Ausleserauschens nicht nur für kurze Belichtungszeiten, sondern auch für lange Belichtungszeiten geeignet ist, bei denen das Dunkelstromrauschen oft dominiert. Um das Dunkelstromrauschen weiter zu reduzieren, verfügt die QHY461 PH über eine QHY-eigene Technologie zur Reduzierung des thermischen Rauschens und eine zweistufige thermoelektrische Kühlung, um die Temperatur des Sensors unter die Umgebungstemperatur zu senken.

Die Quanteneffizienz des IMX 461 in Abhängigkeit der Wellenlänge

Full-Well-Kapazität von 50 ke- im Standardmodus, bis zu 720 ke- im erweiterten Modus

Ein weiterer Vorteil der BSI CMOS-Struktur ist die erhöhte Full-Well-Kapazität. Dies ist besonders wichtig für Sensoren mit kleinen Pixeldimensionen. Selbst bei ungebinnten 3.76 µm Pixeln hat die QHY461-Poto eine Full-Well-Kapazität von 50 ke-. Bei einem Binning von 2x2 auf 7,5 µm beträgt die Full-Well-Kapazität bereits 204 ke- und bei einem Binning von 3x3 auf 11 µm 408 ke-. Als weiteres technisches Highlight bietet QHY461M PH 4 verschiedene Auslesemodi des Sensors zur Verfügung, darunter einen erweiterten Full-Well-Modus. Im erweiterten Modus beträgt die Full-Well-Kapazität 80 ke- unbinned, 320 ke- binned 2x2 und 720 ke- binned 3x3.

Echte Rohdaten

Viele DSLR Kameras verfügen über eine RAW Bildausgabe, die jedoch in der Regel nicht vollständig ohne interne Verarbeitung erfolgt. Bei näherer Betrachtung sind einige Spuren der Rauschunterdrückung und der Entfernung von Hot Pixeln sichtbar. Dies kann sich in der Astronomie negativ auf das Bild auswirken. Die QHY461M PH (und auch die anderen QHY Modelle mit einer 16 Bit AD Wandlung) bietet jedoch eine ECHTE RAW-BILDAUSGABE und erzeugen ein Bild, das nur aus dem ORINALSIGNAL) besteht, wodurch die maximale Flexibilität für astronomische Bildverarbeitungsprogramme und andere wissenschaftliche Bildverarbeitungsanwendungen erhalten bleibt.

Anti-Tau-Technologie und Ausleseglühen des Verstärkers

Die Technik der QHY461M PH basiert auf fast 20 Jahren Erfahrung in der Entwicklung gekühlter CMOS Kameras und bietet Lösungen zur Vereisungs- und Taukontrolle. Das optische Eintrittsfenster verfügt über eine eingebaute Heizung, um Taubeschlag auf dem Eintrittsfenster und die Sensorkammer vor interner Feuchtigkeitskondensation zu schützen. Der Sensor selbst wird mit unserem Trockenmittelröhrensockeldesign zur Kontrolle der Feuchtigkeit in der Sensorkammer trocken gehalten. Die QHY461M PH zeigt selbst bei langen Belichtungszeiten kein Verstärkerglühen.

Erweiterte Hightech Funktionen

Neustart der Kamera mit Power on/off

Die Elektronik der Kamera ist so ausgelegt, dass die Spannungsversorgung von +12V zum Neustart der Kamera verwendet werden, OHNE dass die USB Schnittstelle getrennt und neu wieder angeschlossen werden muss. Das bedeutet, dass Sie die Kamera neu starten können, indem Sie einfach die +12V abschalten und sie dann wieder einschalten. Diese Funktion ist unabdingbar für den Remote Betrieb eines Teleskops! Sie können einfach ein Remote zu steuerndes Netzteil verwenden, um die Kamera neu zu starten.

Funktion zur Unterdrückung des zufälligen thermischen Rauschens

Bestimmte Arten des thermischen Rauschens können sich bei BSI CMOS Kameras mit der Zeit verändern (Stichwort:Alterung von elektronischen Bauteilen). Das hat zur Folge, dass jedes Bild eine individuelle Charakteristik des thermischen Rauschens hat, was die Reduzierung durch Abzug eines Dunkelbildes erschwert.

Die QHY461M PH setz eine innovative, firmeneigene Technologie ein, die das Ausmaß des zufälligen thermischen Rauschens erheblich reduziert.

Optimierung der USB-Geschwindigkeit zur Minimierung der horizontalen Streifenbildung

CMOS Sensoren zeigen in der Regel eine gewisse horizontale Streifenbildung (siehe Abbildung). Üblicherweise werden diese zufälligen horizontale Streifen durch die Addition mehrerer Rohbilder entfernt, so dass sie das endgültige Bild nicht beeinträchtigen.

Das so genannte periodische horizontale Banding wird jedoch beim Stacking nicht entfernt, so dass es im endgültigen Bild sichtbar werden kann. Durch Anpassen der USB Übertragungsgeschwindigkeit im Einzelbild- oder Livebild Modus kann der Nutzer die Frequenz des CMOS Sensortreibers anpassen, die Übertragungsfrequenz optimieren und somit die horizontale Streifenbildung unterdrücken. Diese Optimierung ist bei der Beseitigung periodischer Streifenbildung in den meisten Fällen sehr effektiv.

Links ein Beispiel für das typische periodische horizontales Rauschen bei der Standard USB Übertragungsfrequenz. Rechts nach Optimierung der Übertragungsfrequenz mit starker Reduzierung des Bandings

Die wichtigsten Betriebsdaten zeigen folgende Kurven

Die mechanischen Abmessungen zeigt folgende Abbildung

Hier beschreiben wir Ihnen ausführlich die Vorteile des modernen Sony IMX461 CMOS Sensors im Vergleich mit einem CCD Sensor, der jahrelang die erste Wahl in der bildgebenden Amateurastronomie war.

Baader Blogpost:
Ein Vergleich der technischen Daten zwischen dem Sony CMOS Sensor IMX 461 und dem Kodak CCD KAF 16803 Sensor - CMOS vs. CCD

This entry was posted on 9. März 2023 by Team Baader Planetarium Last modified on 27. September 2023.

Weitere ausführliche Informationen zur QHY461M PH finden Sie auf der Webseite von QHYCCD

Wenn Sie weitere Fragen haben, senden Sie uns bitte eine E-Mail an kontakt (at) baader-planetarium.de.