|
|
CG-2: CCD per AstronomiaCristóbal García | Nuevas Tecnologías Observacionales (NTO)
La càmara aquí descrita és un projecte de experimentació iniciat el 1993 i al qual s'han estat sumant millores fins no fa molt.
Introducció.Havia sortit la ST4 i la Lynxx, amb lo qual començava la febre de l'or, dic del CCD. En aquell moment el meu primer problema va ser aconseguir informació sobre dispositius CCD. Encara que treballant en el camp de l'electrònica, em va resultar molt difícil trobar informació tècnica sobre el tema. Fins que a la fi em vaig trobar amb el llibre de Christian Buil CCD Astronomy, una obra molt completa que cap aficionat no s'ha de perdre, tant si va a construir-se una càmara, se la compra comercial o simplement vol saber.
Càmara CCD per astronomia CG-2.Avui la cosa és més senzilla ja que a continuació va arribar The CCD Camera Cookbook de Richard Berry, un llibre modest però d'un mèrit irreprotxable: aconsegueix que persones amb coneixements tècnics molt escassos, puguin muntar una càmara que està donant bons resultats. A l'hora de construir una càmara d'aquestes, la majoria dels components necessaris poden aconseguir-se en botigues normals de components electrònics. Però el principal no. Aconseguir un sensor CCD és difícil. No és qüestió d'anar triant alegrement a veure qual s'adapta millor a les nostres necessitats, sino quin podem aconseguir. Trobar el TH7852 a Espanya no va ser massa difícil ja que a Madrid existeix una delegació de Thomson CSF. Aquest xip, bon per començar, és el més petit del fabricant (144x218 pixels). El següent de Thomson és el TH 7863, de major resolució (384x288 pixels de 24 um), és el doble de sensible i menys sorollós. S'utilitza en alguns observatoris i per exemple, la sonda espaial Clementine en porta instal.lada una. Un sensor més modern molt utilitzat actualment en càmares de grau mig és el KAF-0400. Té 768x512 pixels de 9 um. Gràcies a la seva tecnologia MPP no necessita ser refredat molt, amb la qual cosa queda reduït molt considerablement el problema de la formació de gebre. Actualment és possible aconseguir sensors CCD per altres camins. Gràcies a la proliferació dels equips multimèdia domèstics, els preus de les càmares digitals per PC són molt baixos. El xip que porten aquestes càmares poden resultar-nos útils. La càmara QuickCam muntava recentment el TC255 en el seu model de blanc i negre. És el mateix que ha fet servir Celestron per el seu PixCel 255. Però sens dubte, el camí més segur és l'obert per la Cookbook. Tots els components imprescindibles poden ser adquirits a University Optics. Podem triar un xip petit i barat, el TC211 de 192x165 pixels, que és l'utilitzat per la ST4. Però l'elecció més freqüent és el TC245, bastant superior. A efectes pràctics té 252x242 pixels.
Diagrama de blocs.La figura 2 mostra esquemàticament el funcionament de la càmara. El nucli del circuit és un microcontrolador de la familia 8051 sobre el que l'executa un programa escrit en C.La comunicació amb el PC es fa mitjaçant el port paral.lel. L'elecció del port paral.lel es fa per poder utilitzar qualsevol ordinador portàtil. Per controlar la temperatura del sensor, el microprocesador llegeix la temperatura d'aquest i la temperatura ambient. En funció d'aquestes dues variables es decideix automàticament a quina temperatura mínima es pot arribar. El procés de refredament es fa gradualment. D'aquesta manera s'evita que els canvis bruscos de temperatura puguin danyar el sensor. Durant vint minuts, la corrent generada per l'alimentació del peltier va augmentant esglaonadament fins a arribar al punt de treball. Encara que l'alimentació del peltier es controla digitalment mitjançant un conversor DA, la corrent que realment circula es mesurada i presentada en la pantalla de cristall líquid.
Esquema en blocs simplificat.
Construcció del capçal.A l'interior del capçal es necessari allotjar al menys l'amplificador de vídeo, ja que ha d'estar a la menor distància possible per evitar interferències i sorolls. En aquest cas també es troben les referències de tensió necessaries per polaritzar el CCD.El sensor està tancat en un petit recinte hermètic a la fi de evitar en la mesura de lo possible la formació de gebre, un dels majors problemes que es presenten. Els laterals de la caixa estan fabricats amb plaques de fibra de vidre, de les de circuit imprés, soldades amb estany sobre una estructura de petites tires de llautó. La part posterior es tanca amb un dissipador d'alumini encarregat d'evacuar el calor generat per el módul peltier. Així s'aconsegueixen les dimensions desitjades però es pot utilitzar qualsevol tipus de caixa metàl.lica.
Interior de la càmara.
Un maletí per tot.Tota l'electrònica, l'ordinador portàtil, les alimentacions per aquest i per el telescopi, poden estar contingudes en un maletí dels utilitzats per les eines. Resulta molt pràctic, pot ser més barat que comprar una caixa metàl.lica en una botiga de components electrònics i ajuda a esclarir la instal.lació, cosa molt d'agrair a l'hora de recollir l'equip.A una pantalla de cristall líquid es presenta constantment l'hora, la temperatura ambient, la del CCD, la intensitat subministrada al peltier i la funció que està realitzant la càmara.
El conjunt complet de l'equip hi cap en un maletí.
Programa de control.El programa de PC està escrit en C, per DOS. Es tracta de poder utilitzar qualsevol vell ordinador per capturar imatges.
Menú de control.El menú de control (figura 5) es divideix en quatre blocs: adquisició, visualització, ajustaments i fitxers. La línia superior i les dues inferiors són informatives. A adquisició podem fer una foto normal. Realitzar múltiples fotos. Promediar múltiples fotos. I per últim sumar múltiples tomes. A visualització tenim vàries formes de visualitzar la imatge. L'única que admiteix paràmetres per la representació és l'estirat, la resta estan predefinides. La funció "Interrogar Estat Càmara", actualitza les dades de la línia inferior de la pantalla. Podem saber la temperatura del CCD, la temperarura ambient i l'hora de la càmara. La secció de ajustaments és la més amplia. En primer lloc, permet enfocar la càmara. Per aixó, es visualitzen de forma contínua 25 línees de la imatge. Aquesta franja es pot moure a través de tota la imatge amb els cursors. A continuació està l'opció de posició que permet girarç la imatge 90 graus. L'opció "Tensió de reset" es útil per ajustar un potenciòmetre de la càmara que determina el nivell de tensió de reset. L'opció "Programar el RTC", pasa al rellotge en temps real de la càmara, l'hora del PC. Aquesta operació es realitza de tant en tant donat que és un rellotge de quars bastant estable. Aquesta hora és la que es posa en la capçalera de la imatge. Fins fa no molt, els rellotges dels ordinadors personals han deixat bastant que desitjar. La funció "Peltier" simplement inicia i para el procés de refredat. L'opció "Vídeo LoRes" conmuta la resolució de la presentació, passant del mode 230x240 a altre superior. L'última funció, "Temps entre fotos", permet espaiar les tomes en el temps per fer una tanda de fotos. En "Fitxers" tenim dues ordres per introduir dades a la capçalera del fitxer. Una és el nombre de l'objecte i l'altra un comentari general. Per últim es pot fer un llistat de les imatges obtingudes sense haver d'abandonar el programa.
Resultats.Les fotos que s'adjunten a aquest article estan realitzades des d'una terrassa de Coslada (perifèria de Madrid), amb un LX200 de 8" a f/6,3, menys la del Hyakutake, que va ser feta amb un objectiu fotogràfic de 50mm. El CCD estava refredat a -15° C.
Mosaic d'Orió. Quatre fotos de 3 minuts. El potent antiblooming d'aquest sensor, evita que surtin les típiques ratlles degudes a la saturació.
El cometa Hyakutake, 5 minuts amb objectiu fotogràfic.
Característiques tècniques de la càmara.
Caraterístiques tècniques del sensor.
|