Bildsensoren

Die Bildsensoren für unsere Kamerasysteme sind zweidimensionale Photonendetektoren mit mindestens 256 x 256 Pixeln und Pixelgrößen von einigen zehn Mikrometern.

Bildsensortypen

CCD - Charge Coupled Devices

CCD-Sensoren (CCD = Charge Coupled Device) sind Photonendetektoren, die ein reelles, zweidimensionales Bild aufnehmen. Der nutzbare Wellenlängenbereich umfasst das sichtbare Licht, geht aber auch darüber hinaus in den kurzwelligeren UV-Bereich und langwelligeren Nah-Infrarot-Bereich. CCD-Sensoren zeigen ein sehr lineares Signalverhalten.

EM-CCD - Electron Multiplying CCD

EM-CCDs (Electron Multiplying Charge Coupled Devices) sind CCD-Sensoren, die eine Ladungsverstärkung in einem zusätzlichen Schieberegister des CCD-Sensors ermöglichen und damit in der Lage sind, einzelne Photonen nachzuweisen. Diese Eigenschaft macht sie für astronomische Beobachtungen von lichtschwachen Objekten interessant, bei denen kurze Belichtungszeiten notwendig sind, so wie es bei Speckle-Beobachtungen der Fall ist.

Infrarot-Bildsensoren

Bildsensoren für den nahen und mittleren Infrarotbereich (Wellenlängen von 1-30 µm) sind Photonendetektoren, die ein reelles, zweidimensionales Bild aufnehmen, ähnlich wie ein CCD-Sensor. Die bei uns eingesetzten Bildsensoren haben Größen von 256 x 256 Pixel bis 2048 x 2048 Pixel.

Infrarot-Bildsensoren und alle anderen optischen Komponenten und Gehäusewände einer Infrarot-Kamera müssen gekühlt werden, damit keine thermische Strahlung von diesen Teilen ausgeht die die Empfindlichkeit der astronomischen Beobachtungen stören könnte. Für Bildsensoren im nahen Infrarotbereich (< 5 µm) reicht eine Kühltemperatur von 77 K aus, die bequem mit flüssigem Stickstoff erreicht werden kann. Im mittleren Infrarot sind allerdings Temperaturen von unter 10 K notwendig.
Infrarot-Bildsensoren sind anders aufgebaut als z.B. CCDs. Sie bestehen aus einer Halbleiterschicht und einem Multiplexer, der für jedes Pixel eine individuelle Auslesezelle hat. Jede dieser Zellen hat einen Ladungs-Spannungswandler für das Ausgangssignal und eine Schaltung für das Zurücksetzen der Pixel-Ladungen nach einer Belichtung. Weiterhin hat der Multiplexer eine Matrix-Struktur, die die Ausgangssignale der einzelnen Pixel im Multiplex-Verfahren zu den Anschluss-Kontakten nach außen führt.

Eingesetzte Infrarot-Bildsensoren

NICMOS

Einsatz: Speckle-Kameras
Pixelzahl: 256 x 256, aufgeteilt in 4 Quadranten
Pixelgröße: 40 μm x 40 μm
Wellenlänge: 1 - 2,5 μm
Quanteneffektivität: > 50%
Betriebstemperatur: 77 K
Ausleserauschen: 35 e-
Pixel-Auslesefrequenz: max. 500 kHz

PICNIC

Einsatz: Speckle-Kameras
Der Sensor ist vergleichbar mit dem NICMOS-Sensor. Das Ausleserauschen ist mit 20 e- allerdings deutlich geringer.

HAWAII-1

Einsatz: Speckle-Kameras, AMBER, LINC-NIRVANA
Pixelzahl: 1024 x 1024, aufgeteilt in 4 Quadranten
Pixelgröße: 18,5 μm x 18,5 μm
Wellenlänge: 1 - 2,5 μm
Quanteneffektivität: > 50%
Betriebstemperatur: 77 K
Ausleserauschen: 10 e-
Pixel-Auslesefrequenz: max. 600 kHz

HAWAII-2RG

Einsatz: MATISSE
Pixelzahl: 2048 x 2048, aufgeteilt in 32 Streifen
Pixelgröße: 18 μm x 18 μm
Wellenlänge: 1 - 5,3 μm
Quanteneffektivität: > 50%
Betriebstemperatur: 40 K
Ausleserauschen: 10 e- oder 70 e-
Pixel-Auslesefrequenz: 100 kHz oder 1 MHz

AQUARIUS

Einsatz: MATISSE
Pixelzahl: 1024 x 1024, aufgeteilt in 2 x 32 Streifen
Pixelgröße: 30 μm x 30 μm
Wellenlänge: 5 - 27 μm
Quanteneffektivität: > 50%
Betriebstemperatur: 6 - 10 K
Ausleserauschen: 200 e-
Pixel-Auslesefrequenz: 1 - 3 MHz


 
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