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Caméra QSI Série 600

Caméra QSI Série 600

3 630,00 €

Disponibilité : Sur commande

Caméras CCD QSI Série 600

Succédant à la série 500 et résolument orientée vers le milieu de gamme, la série 600 possède de sérieux atouts : un système de double étage de lecture, des images de très haute qualité, une grande dynamique, une linéarité excellente et un très faible bruit de lecture. Un double étage thermoélectrique, associé à une ventilation forcée, offre une possibilité de refroidissement allant jusqu'à 45° par rapport à la température ambiante, le tout avec un bruit minimal. Un modèle du genre. L'alimentation a été optimisée et la construction mécanique, compacte, est extrêmement soignée

La série 600 se décline sous 9 modèles différents, suivant le capteur utilisé, Sony ou ON Semiconductor (ex-TrueSense/Kodak). Chaque modèle est ensuite décliné sous 3 ou 4 chassis, selon que la caméra possède un obturateur mécanique, une roue à filtres ou un diviseur de guidage interne. Une large gamme d'accessoires est disponible afin de couvrir tous les besoins, depuis l'imagerie astronomique jusqu'aux utilisations industrielles et médicales. Les caméras sont compatibles avec la quasi totalité des logiciels d'acquisition, soit nativement, soit par le biais de pilotes ASCOM ; une API Windows et un SDK professionnel permettent leur gestion par LabView, MATLAB ou tout autre application, y compris sous Linux.

Les caméras CCD QSI sont actuellement parmi les modèles les plus performants disponibles sur le marché.

Les capteurs disponibles

Les capteurs embarqués dans les caméras CCD QSI sont listés dans le tableau ci-dessous. Deux marques sont représentées : Sony et ON Semiconductor (qui propose désormais les capteurs KAF et KAI, anciennement propriétés de Kodak puis de TrueSense).

ModèleCapteurTaille (en pixels)Taille du pixelNombre de pixelsType
Sony (monochrome)
QSI 628ICX6741940 x 14604,54µ2,8 millionsInterligne
QSI 660ICX6942758 x 22084,54µ6,1 millionsInterligne
QSI 690ICX8143388 x 27123,69µ9,2 millionsInterligne
QSI 6120ICX8344250 x 28333,1µ12 millionsInterligne
ON Semiconductor (monochrome)
QSI 604KAF-402ME768 x 512400 000Pleine trame
QSI 616KAF-1603ME1536 x 10241,6 millionsPleine trame
QSI 620KAI-2020M1600 x 12007,4µ2 millionsInterligne
QSI 632KAF-3200ME2184 x 14726,8µ3,2 millionsPleine trame
QSI 640KAI-040222048 x 20487,4µ4,2 millionsInterligne
QSI 683KAF-83003326 x 25045,4µ8,3 millionsPleine trame
ON Semiconductor (couleurs)
QSI 620cKAI-2020CM1600 x 12007,4µ2 millionsInterligne (+ matrice de Bayer)
QSI 640cKAI-04022C2048 x 20487,4µ4,2 millionsInterligne (+ matrice de Bayer)
QSI 683cKAF-8300C3326 x 25047,4µ8,3 millionsPleine trame (+ matrice de Bayer)

La nomenclature des caméras QSI

L'intitulé des caméras QSI permet de retrouver facilement la configuration proposée par chaque modèle. La règle de nomenclature est données ci-après. Les lettres indiquent la présence ou non des éléments tels que l'obturateur mécanique ("s" comme shutter), la roue à filtres ("w" comme wheel) ou le diviseur de guidage interne ("g" comme Guiding port).

nomenclatureCamerasQSI.png

Pour les caméras équipées de capteur interligne (qui possède donc un système d'obturation électronique), il existe deux possibilités . Soit la caméra n'est pas équipée d'obturateur mécanique et l'obturation du capteur s'effectue électroniquement ; dans ce cas, la caméra porte l'extension "i". Soit la caméra possède un obturateur mécanique et elle possède une extension "s" (comme "shutter").

Une caméra conçue pour la performance

"La série 600 de QSI a été conçue de façon ascendante afin de pouvoir tirer le maximum des performances des capteurs pleine trame Kodak et des capteurs interlignes".

Deux chaînes de traitement analogique séparées, offrant une double lecture, permettent à la QSI 600 d'atteindre 2 buts apparemment incompatibles. Le mode Haute Qualité donne le meilleur rapport signal/bruit et la dynamique la plus large. Le mode Haute Vitesse, avec une fréquence de 8Mhz, donne la possibilité de lire le capteur à la vitesse de plusieurs images par secondes. Le mode de lecture peut être facilement modifié de façon logicielle, offrant une très grande flexibilité d'usage, adaptant les performances de la caméra en fonction des besoins.

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Les grandeurs caractéristiques les plus significatives, telles que la linéarité, le bruit de lecture et le gain, sont testées et confirmées au cours de la fabrication. Les horloges et tensions de la caméra sont soigneusement définies de façon à maximiser l'efficacité du transfert de charges et à minimiser les injections de charges ou toute autre source de bruit. La suite de tests ResearchSpec (spécifique à QSI) assure que chaque caméra fournit ses performances optimales.

Dans tous les compartiments de la caméra, QSI fait appel à des technologies sophistiquées de mixage et de contrôle des signaux. Cela permet d'offrir un design compact tout en éliminant les interférences issues des bruits conductif et radiatif. Toutes les cartes électroniques multi-couches utilisées et toutes les surfaces assemblées sont en conformité RoHS. Un système unique de montage des cartes élimine les connexions par fils qui pourraient réduire la fiabilité.

La partie alimentation électrique a été soigneusement étudiée et isolée. Elle permet d'obtenir toutes les tensions nécessaires à la caméra à partir d'une seule source en 12VCC. Des techniques d'isolation et de filtrage ont été mises en oeuvre ; aucun impact mesurable n'affecte les performances liées au bruit électronique de la caméra.

Dans une caméra CCD, le sous-système de traitement du signal vidéo est sans aucun doute l'aspect le plus important. C'est dans ce domaine que l'on mesure toutes les caractéristiques de performance. Le traitement du signal vidéo de la série 600 débute par une préamplification très précise, à très faible bruit, du signal brut, de l'ordre du microvolt, provenant du capteur CCD. Le signal est ensuite traité par un circuit à double échantillonnage corrélé (CDS) destiné à extraire le signal utile du capteur et à en réduire le bruit. Enfin, un convertisseur analogique/numérique 16 bits (ADC) à haute vitesse transforme le signal en une valeur digitale comprise entre 0 et 65535.

Le bruit le lecture généré par le sous-système est extrêmement faible. Il est en fait si faible qu'il en devient à peine perceptible, contribuant hauteur de 1/30 dans le bruit global de lecture du capteur KAF. Ce faible bruit de lecture associé à un gain soigneusement choisi permet d'offrir une excellente dynamique. La linéarité est remarquable, seulement limitée par les caractéristiques du capteur.

Un design compact et esthétique

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L'une des caractéristiques de base de la série 600 est la flexibilité du design qui permet d'obtenir 3 configurations avec le minimum d'impact sur la dimension globale de la caméra. Les tailles relatives des 3 chassis, Slim, Medium et Full, sont indiquées sur la figure ci-contre. La taille dépend des accessoires internes installés dans la caméra. Le chassis Slim est la version la plus fine et est utilisable uniquement avec des capteurs CCD pouvant gérer l'obturation électronique. Le chassis Medium offre un espace supplémentaire destiné à un obturateur mécanique interne. Le chassis Full permet l'installation de l'oburateur mécanique et d'une roue à filtres à 5 positions.

Dessinée et construite avec des outils de DAO/CAO, la série 600 est usinée par des machines à commande numérique à partir d'un alliage d'aluminium de qualité aéronautique. L'ensemble est finement anodisé puis assemblé avec une visserie inox résistante à la corrosion.

Les chassis de la série 600 sont conçus pour accepter les capteurs dont la diagonale n'excède pas 22,5mm. La version Slim ne mesure qu'une dizaine de centimètres de côté et 5 centimètres d'épaisseur ; elle n'occupe donc qu'un volume de 500 centimètres cube et ne pèse que 750 grammes. La version Full possède une épaisseur de 64mm et ne pèse qu'un peu plus de 1 kg. Cette faible empreinte est quasiment la limite pratique pour une caméra embarquant 5 filtres au coulant 31,75mm ou en diamètre 31mm non monté

L'un des objectifs des designers de la caméra était de limiter sa profondeur, non seulement pour minimiser le backfocus mais aussi pour améliorer la rigidité. De même, l'obturateur et la roue à filtre ont été intégrés dans le corps de la caméra, très proche du capteur. L'électronique de commande de l'ensemble obturateur/roue à filtres est intégré dans une plaque de seulement 3 mm d'épaisseur. Le chassis inclus aussi les ventilateurs et les dissipateurs thermiques. Enfin, les cordons de la caméra et les tuyaux de la circulation à eau optionnelle ont été placés dans la même direction, perpendiculaire à l'axe optique, assurant un encombrement minimal et réduisant le risque d'interférence avec les autres accessoires et la monture.

Le système de refroidissement

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Le système de refroidissement thermoélectrique à 2 étages, très efficace, participe à la compacité de la série 600. Les ventilateurs, programmables, sont intégrés dans le chassis de façon à éliminer toute la chaleur générée par les modules de refroidissement. Grâce à la convection forcée, le différentiel atteint typiquement 45°C sous la température de l'air ambiant, à 85% de puissance. La régulation stricte à +/- 0,1°C est assurée lors de différentiels supérieurs ou égaux à 10°C. Il est possible d'utiliser un échangeur thermique optionnel, à liquide, et de pousser le refroidissement à -55°C sous la température du fluide. Ce convecteur se fixe à l'arrière de la caméra.

Le capteur refroidi est scellé dans une chambre hermétique, recouverte d'un hublot traité antireflet de très haute qualité. La chambre est purgée de son air par un gaz rare ultra sec qui augmente la conduction thermique et qui élimine la possibilité de givrage. Pour augmenter le délai entre les purges, un dessicant avec micro-tamis, rechargeable par l'utilisateur, est installé et piège les molécules d'eau qui pourraient entrer dans la chambre. Le dessicant est placé derrière une membrane à pores microscopiques, perméable aux gaz, empêchant toute contamination de la chambre CCD par des particules exogènes.

Un refroidissement efficace du capteur CCD est essentiel lors des poses longues, spécialement en astronomie. Les électrons provenant du bruit thermique s'accumulent dans les pixels et s'ajoutent à ceux provenant de la lumière emmagasinée. Cette accumulation d'électrons d'origine thermique est appellée le courant d'obscurité. Il réduit la dynamique du capteur ainsi que le rapport signal/bruit. Il peut même arriver que ces électrons inondent l'image.

Heureusement, il est possible de diminuer drastiquement le courant d'obscurité en refroidissement le capteur CCD. Les capteurs CCD Kodak accumulent le bruit thermique à la vitesse moyenne de 4 électrons par seconde et par pixel à 25°C. A chaque baisse de température de 6,3°C, le courant d'obscurité est réduit de moitié. Alors qu'une pose longue de 10 minutes génère 2400 électrons thermiques à 25°C, elle n'en produit plus que 10 à -25°C. Ce nombre est extrêmement modeste au regard du bruit de lecture du capteur et du nombre total de charges emmagasinable par chaque pixel.

Les chassis des caméras de la série 600

Chaque modèle de caméra propose plusieurs types de chassis : Slim, Medium, Full et WSG. Le tableau suivant résume les caractéristiques de chacun d'entre eux. Suivant les équipements des modèles de caméras, les chassis utilisés sont différents.

CaractéristiqueSLIMMEDIUMFULLWSGFULL-8WSG-8
Equipement
ObturateurElectroniqueMécaniqueMécaniqueMécaniqueMécaniqueMécanique
Roue à filtre interneNonNonOui (5 positions)Oui (5 positions)Oui (8 positions)Oui (8 positions)
Diviseur optique de guidageNonNonNonOuiNonOui
Caractéristiques
Dimensions (Lxlxh)113x113x43mm113x113x51mm113x113x64mm113x113x79mm149x149x64mm149x149x79mm
Poids740g950g1120g1300g1450g1600g
Backfocus
Avec adaptateur 2.156"---53,3mm-53,3mm
Avec adaptateur T15,5mm22,9mm35,6mm50,3mm35,6mm50,3mm
Avec adaptateur C17,3mm17,3mm30,0mm-30,0mm-
Sans adaptateur9,9mm17,3mm30,0mm44,7mm30,0mm44,7mm
Caméras concernéesi/ciswswsgws-8wsg-8

Les obturateurs et les roues à filtres

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L'obturateur mécanique n'est pas seulement utilisable pour définir le temps de pose, il peut servir à réaliser les noirs (ou dark frames) intégrés dans le traitement d'images. La plage de temps de pose programmable s'étire de 0,03 secondes à 240 minutes. La durée de vie de l'obturateur dépasse le million de déclenchement.

Le faible backfocus et la proximité de la roue à filtres avec le capteur CCD permet aux caméras à chassis ws ou ws-8 de travailler avec des optiques à F/D 2,8 sans vignettage, même avec un capteur possédant pluseiurs millions de pixels. Les roues acceptent soit des filtres vissant au coulant 31,75mm, soit des filtres non montés de 31mm de diamètre.

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Les carrousels sont amovibles et peuvent être facilement échangés ou démontés pour nettoyer les filtres. Ils sont vendus à l'unité et permettent un changement rapide de configurations de filtres selon les besoins.

Le diviseur optique intégré

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Le choix de la meilleure solution de guidage est toujours affaire de compromis. Le diviseur optique intégré (Integrated Guider Port ou IGP) proposé par QSI résoud bon nombre de problèmes généralement associés aux systèmes de guidage classiques.

Le guidage avec un tube optique séparé est la méthode la plus souple mais elle entraîne souvent des flexions mécaniques gênantes, notamment sur les instruments à longue focale. A contrario, avec un capteur de guidage interne, d'autres problèmes se posent. Vous devez guider au travers des filtres. Vous ne pouvez pas guider lorsque l'obturateur est fermé ou lorsqu'une image est en cours de téléchargement. Cela s'avère extrêmement gênant lors des prises de vues en bande étroite. La solution peut venir d'un diviseur optique externe mais un modèle classique nécessite plusieurs centimètres de backfocus supplémentaires, alourdit le l'ensemble et oblige à solidariser et à régler 2 surfaces de montage supplémentaires.

Les caméras QSI 600 propose une solution alternative en intégrant un diviseur optique de précision dont le prisme est situé avant la roue à filtres sur le chemin optique.

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L'un des principaux défis lorsqu'on utilise une caméra incluant un capteur d'autoguidage interne est de trouver une étoile guide suffisamment brillante située dans le champ du capteur. De plus lorsqu'on guide au travers de filtres rouge, vert ou bleu, les 2/3 de la lumière disponible sont bloqués par le filtre et ne sont pas enregistrés par le capteur ; le rapport signal/bruit résultant est très médiocre. La problématique est encore accentuée en utilisant des filtres interférentiels puisque seule 1% de la lumière arrive finalement sur le capteur. En plaçant le prisme avant les filtres, vous avez presque la certitude d'avoir une étoile guide dans le champ.

En plaçant le diviseur optique dans la caméra, QSI a pu positionner le prisme très proche du carroussel à filtres et donc réduire le backfocus nécessaire ainsi que supprimer toute possibilité de flexion ou de rotation, parfois constatées sur les diviseur optiques traditionnels. Ce prisme de 1cm carré est placé de façon optimale. Il permet l'utilisation de caméra de guidage équipées de grands capteurs sans entraîner de vignettage sur le capteur principal, même sur des tubes optiques très ouverts.

L'IGP des caméras de la série 600 accepte tout autoguideur dont le backfocus est inférieur ou égal à 12,5mm et dont la fixation s'effectue par filetages C ou T. Certaines caméras sont conçues avec un backfocus de 12,5mm pour être compatible avec les objectifs à monture CS. La monture CS possèdent le même filetage que la monture C (1"x32tpi) mais le backfocus est de 12,5mm contrairement à la monture C dont le backfocus est de 17,5mm.

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La caméra de guidage se fixe sur la WSG par le biais d'une monture C ou d'une monture T, à spécifier au moment de la commande. La monture choisie est vissée sur une bague de focalisation qui permet de tourner librement la caméra dans toutes les positions. Cette bague de focalisation est elle-même vissée sur la base de l'IGP et offre une course de mise au point de 3mm. Une fois la mise au point de la caméra de guidage effectuée, la bague de focalisation se bloque par l'intermédiaire d'une petite vis à six pans creux. Toutefois, il reste possible d'orienter la caméra de guidage dans la position souhaitée, sans perdre la mise au point, même si la bague de focalisation est bloquée. Le montage obtenu est donc très rigide tout en offrant la possibilité de faire la mise au point facilement. L'ensemble ne subit aucune flexion pendant toute la durée du suivi de la monture.

La connectivité

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La panneau de connexion, ci-dessus, est incrusté dans le corps de la caméra pour des raisons de protection et d'encombrement. Il donne accès à toute la connectique externe de la caméra. Les 2 trous filetés situés en arrière du panneau servent à fixer un passe câble optionnel destiné à recevoir les cordons électriques de la caméra ou les tuyaux de l'échangeur thermique à eau si ce dernier est installé.

Toutes les caméras de la série 600 transfèrent les données vers l'ordinateur et le logiciel d'acquisition d'images par le biais d'un port USB 2.0 (compatible USB 1.1). Le temps de lecture et de transfert d'une image de 8,3 millions de pixels est d'environ 1 seconde en mode Haute Vitesse et moins de 12 secondes en mode Haute Qualité. Cette vitesse peut être encore accelérée en ne lisant qu'une partie seulement de l'image (mode ROI) ou en utilisant le binning intégré au capteur.

Le port d'autoguidage à 4 contacts opto-isolés est accessible par une fiche RJ à 6 broches. Le brochage est compatible avec celui des ports d'autoguidage de la quasi-totalité des montures du marché. Les sorties peuvent aussi être utilisées pour d'autres fonctions de contrôle si vous développez votre propre application et vos propres contrôles ActiveX à l'aide du SDK (Software Development Kit). Les sorties sont à émetteur commun, collecteur ouvert et peuvent absorber jusqu'à 50mA. La tension maximale ne doit pas dépasser 50V.

L'un des principaux atouts des caméras QSI de la série 600 est leur faible consommation énergétique. Une caméra 640ws est alimentée sous 12V et ne consomme que 24 watts à pleine puissance de refroidissement, tous les ventilateurs en marche et la roue à filtres en mouvement. Les autres modèles ont une consommation voisine de 5 watts seulement. Un transformateur 90-240V 50-60Hz vers 12V est livré avec chaque caméra.

Toutes les caméras série 600 possèdent des indicateurs visuels et sonores. Une LED multicolore indique les différents états de marche de la caméra. Son comportement est entièrement configurable et elle peut même être désactivée. Un signal sonore assure un retour auditif sur les opérations et les états. Tout comme l'indicateur visuel, il peut être configuré ou désactivé.

Les logiciels

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Chaque caméra CCD de la série 600 est accompagnée d'une collection de logiciels qui permettent de démarrer l'imagerie immédiatement ou de développer ses propres applications de pilotage, afin de s'adapter à vos propres besoins.

MaxIm LE est une version allégée du logiciel MaxImDL 4.5 édité par Diffraction Limited et de nombreuses fois primé. Il est inclus avec chaque caméra et offre un moyen simple et rapide d'acquérir ses premières images astronomiques. Toutes les caméras 600 sont prises en charge, à la fois pour l'acquisition et pour le guidage. De nombreuses autres caméras de guidage sont aussi supportées. Il est possible d'acquérir une version complète de MaxImDL/CCD à prix avantageux lors de l'achat d'une caméra.

QSI fournit les pilotes de ses caméras pour les logiciels de contrôle et de traitement d'images CCDSoft et TheSkyX, édités par Software Bisque. De très nombreux autres logiciels d'imagerie gèrent les caméras CCD QSI, dont Prism8, Nebulosity, Astroart, etc. Reportez-vous aux sites des éditeurs pour plus de détails.

Pour les utilisateurs souhaitant développer leurs propres logiciels de pilotage, QSI propose une API (Application Programming Interface) compatible ASCOM. Cet API est un composant logiciel qui communique avec le pilote de la caméra et qui exporte une interface COM. Un objet COM fournit une interface que d'autres applications Windows écrites en VB, en VBA ou en C++ peuvent utiliser pour piloter la caméra. Cette API fait partie du QSI SDK (Software Development Kit) proposé en libre téléchargement sur le site Internet de QSI.

L'API, via l'objet COM, permet aussi le développement d'applications associées à LabVIEW (National Instruments), à MATLAB (MathWorks) ou tout autre logiciel pouvant utiliser l'objet COM. Sur son site Internet, QSI propose le manuel de référence de l'API ainsi qu'un exemple de programme pour LabVIEW pouvant servir de point de départ pour le développement d'une application LabVIEW.

QSI propose une API de pilotage écrite en C++ pour les utilisateurs de systèmes Linux basés sur plateforme Intel x86 et compatibles. L'API offre un contrôle complet de la caméra ainsi que de la capture d'images via l'interface USB. L'API est implémentée sous forme d'une bibliothèque partagée fournissant un objet facile à utiliser, exposant toutes les fonctionnalités de la caméra. Il est parfaitement adapté au développement, soit de simples scripts, soit de programmes plus élaborés.

Le logiciel interne des caméras de la série 600 peut être mis à jour très facilement, par simple téléchargement depuis le site Internet de QSI. QSI met à disposition un programme de chargement sécurisé dans la caméra, qui gère tous les paramètres.

Caractéristiques

Caractéristiques

CaractéristiqueToutes les caméras
Refroidissement
Refroidissement thermoélectriqueRégulation à +/- 0,1°C de 0°C à -40°C
Puissance du refroidissement (air)45°C sous la température ambiante à 85% de puissance
Puissance du refroidissement (eau, optionnel)52°C sous la température ambiante à 85% de puissance
Contrôle des ventilateursConfigurable par l'utilisateur
Electronique
Temps de lectureAu choix de l'utilisateur : Haute Qualité (800kHz) ou Haute Vitesse (8MHz)
Résolution digitale16 bits
Modes de binningSymétrique et asymétrique, horizontal ou vertical, jusqu'à 9 pixels.
Indicateurs d'étatsPar LED multicolore programmable ou par alarme sonore. Alarmes de température excessive et de tension haute/basse.
Consommation électrique12V 2A (24W) en crête.
Plage de fonctionnementTempérature : -20°C à 30°C ; humidité : 10% à 90% sans condensation.
Connectique
ConnectivitéUSB 2.0 (compatible 1.1).
Autres portsPort à 4 contacts opto-isolés pour le guidage ou pour le pilotage externe de l'obturation (voir le manuel de référence de l'API).
Adaptations mécaniques pour les versions i, s, ws
Adaptation TFiletage T standard, 42mm au pas de 0,75mm
Adaptation C (1"x32tpi)Optionnelle. Compatible monture C (type II). 17,5mm de backfocus.
Adaptation en entréeCoulant 50,8mm vers filetage T femelle
Coulant 31,75mm vers filetage T femelle en option.
Adaptations mécaniques pour les versions wsg(-8)
Fixation de la caméra de guidageBague T (42mm x 0,75mm) avec système de rotation
Bague C (1"-32tpi) avec système de rotation
Adaptation de la face avantFiletage T standard (2,156" x 24tpi en option).
Adaptation en entréeCoulant 50,8mm vers filetage T femelle
Coulant 31,75mm vers filetage T femelle en option.
  • Usage de la camera Ciel profond
  • Refroidissement Refroidissement actif

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