Characterization of the KL4040 sCMOS for use on the Boyden Research Telescopes

Abstract

Recently sCMOS sensors have become more popular in astrophysics research due to affordability and availability versus CCDs, but also due to their fast readout speed and low read noise. However, the technology that sCMOS utilize is different than CCD, because of this, full characterization is important to ensure valid reduction and processing for science pipelines. In lab as well as on-sky testing results for the bias, dark current and photo response behavior of the Kepler KL4040 by Finger Lake Instruments will be shown. Analyzed bias frames showed an increase in mean bias counts by 8.24 percent as the temperature increases from -15 to 10 C, indicating a temperature relation. The average dark current as a function of exposure time was investigated, from 0.1 s to 60 s, at an absolute temperatures range of -15 to 10 C, with a clear indication of a correlation between dark current and sensor temperature. The rate of the Dark Noise increase clearly shows linear trends for all temperatures. The photo response curve is linear up to full well depth range, with a similar trend to both low-gain and high-gain modes. Using images with row and column plots, the reduction processing from raw to science images ready for photometric analysis is shown. The results indicates that sCMOS sensors are viable options for astronomical observations given that a thorough understanding of the characteristics and possible drawbacks of sCMOS sensors are understood and compensated for.

Resumen

Recientemente, los sensores sCMOS se han vuelto más populares en la investigación astrofísica debido a su asequibilidad y disponibilidad en comparación con los sensores CCD, pero también debido a su rápida velocidad de lectura y bajo ruido de lectura. Sin embargo, la tecnología que utiliza sCMOS es diferente a la CCD, por lo que es importante una caracterización completa para garantizar una reducción y un procesamiento válidos para los procesos científicos. Se muestran los resultados de las pruebas de laboratorio y en el cielo para el comportamiento de parámetros como la polarización, corriente oscura y respuesta fotográfica del modelo Kepler KL4040 de la casa Finger Lake Instruments. Las imágenes de bias analizadas mostraron un aumento en los recuentos medios del bias de un 8,24 por ciento a medida que la temperatura aumenta de -15 a 10 C, lo que indica una relación con la temperatura. Se investigó la corriente oscura promedio en función del tiempo de exposición, entre 0,1 s a 60 s, en un rango de temperaturas absolutas de -15 a 10 C, con una clara indicación de una correlación entre la corriente oscura y la temperatura del sensor. La tasa de aumento del ruido de corriente oscura muestra claramente tendencias lineales para todas las temperaturas. La curva de respuesta es lineal hasta el rango completo de profundidad del pozo de potencial, con una tendencia similar tanto en el modo de baja ganancia como en el de alta ganancia. Utilizando tanto las filas como las columnas de las imágenes, se muestra el procesamiento de reducción desde imágenes sin procesar hasta imágenes científicas listas para el análisis fotométrico. Los resultados indican que los sensores sCMOS son opciones viables para las observaciones astronómicas, dado que están bien caracterizados, a sabiendas de sus ventajas y posibles inconvenientes.