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CG-2: CCD para AstronomíaCristóbal García | Nuevas Tecnologías Observacionales (NTO)
La cámara aquí descrita es un proyecto de experimentación iniciado en 1993 y al que se han estado sumando mejoras hasta no hace mucho.
Introducción.Había salido la ST4 y la Lynxx, con lo que empezaba la fiebre del oro, digo del CCD. En aquel momento mi primer problema fue recabar información sobre dispositivos CCD. Aun trabajando en el campo de la electrónica, me resultó muy difícil encontrar información técnica sobre el tema. Hasta que por fin me encontré con el libro de Christian Buil CCD Astronomy, una obra completisima que ningún aficionado debe perderse, tanto si va a construirse una cámara, se la compra comercial o simplemente quiere saber.
Cámara CCD para astronomía CG-2.Hoy la cosa es más sencilla puesto que a continuación llegó The CCD Camera Cookbook de Richard Berry, un libro modesto pero con un mérito irreprochable: consigue que personas con conocimientos técnicos muy escasos, pueda montar una cámara que está dando buenos resultados. A la hora de construir una cámara de estas, la mayoría de los componentes necesarios pueden conseguirse en tiendas normales de componentes electrónicos. Pero el principal no. Conseguir un sensor CCD es difícil. No es cuestión de andar eligiendo alegremente a ver cual se adapta mejor a nuestras necesidades, sino de cual podemos conseguir. Encontrar el TH7852 en España no fue demasiado difícil puesto que en Madrid existe una delegación de Thomson CSF. Este chip, bueno para empezar, es el más pequeño del fabricante (144x218 pixel). El siguiente de Thomson es el TH 7863, de mayor resolución (384x288 pixel de 24 um), es el doble de sensible y menos ruidoso. Se utiliza en algunos observatorios y por ejemplo, la sonda espacial Clementine lleva instalado uno. Un sensor más moderno muy usado actualmente en cámaras de grado medio es el KAF-0400. Tiene 768x512 pixel de 9 um. Gracias a su tecnología MPP no necesita ser enfriado demasiado, con lo cual queda paliado muy considerablemente el problema de la formación de escarcha. Actualmente es posible conseguir sensores CCD por otros caminos. Gracias a la proliferación de los equipos multimedia domésticos, los precios de las cámaras digitales para PC están por los suelos. El chip que llevan estas cámaras puede resultarnos útil. La cámara QuickCam montaba recientemente el TC255 en su modelo para blanco y negro. Es el mismo que ha usado Celestron para su PixCel 255. Pero sin duda, el camino más seguro es el abierto por la Cookbook. Todos los componentes imprescindibles pueden ser adquiridos en University Optics. Podemos elegir un chip pequeño y barato, el TC211 de 192x165 pixels, es el usado por la ST4. Pero la elección más frecuente es el TC245, bastante superior. A efectos prácticos tiene 252x242 pixels.
Diagrama de bloques.La figura 2 muestra esquemáticamente el funcionamiento de la cámara. El núcleo del circuito es un microcontrolador de la familia 8051 sobre el que corre un programa escrito en C.La comunicación con el PC se efectúa vía puerto paralelo. La elección del puerto paralelo se hace en base a poder usar cualquier ordenador portátil. Para controlar la temperatura del sensor, el microprocesador lee la temperatura en este y la del ambiente. En función de estas dos variables se decide automáticamente a que temperatura mínima se puede llegar. El proceso de enfriado se hace gradualmente. De esta forma se evita que los bruscos cambios de temperatura puedan dañar al sensor. Durante veinte minutos, la corriente generada por la alimentación del peltier va aumentando escalonadamente hasta llegar al punto de trabajo. Aunque la alimentación del peltier se controla digitalmente mediante un conversor DA, la corriente que realmente circula es chequeada y presentada en la pantalla de cristal líquido.
Esquema en bloques simplificado.
Construcción del cabezal.En el interior del cabezal es necesario alojar por lo menos al amplificador de vídeo, puesto que ha de estar a la menor distancia posible para evitar interferencias y ruidos. En este caso también se encuentran las referencias de tensión necesarias para polarizar al CCD.El sensor está encerrado en un pequeño recinto hermético con el fin de evitar en lo posible la formación de escarcha, uno de los mayores problemas que se presentan. Los laterales de la caja están fabricados con placas de fibra de vidrio, de las de circuito impreso, soldadas con estaño sobre una estructura de pequeñas tiras de latón. La parte trasera se cierra con un disipador de aluminio encargado de evacuar el calor generado por el modulo peltier. Así se consiguen las dimensiones deseadas pero puede usarse cualquier tipo de caja metálica.
Interior de la cámara.
Un maletín para todo.Toda la electrónica, el ordenador portátil, las alimentaciones para este y para el telescopio, pueden estar contenidas en un maletín de los usados para herramientas. Resulta muy practico, puede ser más barato que comprar una caja metálica en una tienda de componentes electrónicos y ayuda a despejar la instalación, cosa muy de agradecer a la hora de recoger el equipo.En una pantalla de cristal líquido se presenta constantemente la hora, la temperatura ambiente, la del CCD, la intensidad suministrada al peltier y la función que esta realizando la cámara.
El conjunto completo del equipo cabe en un maletín.
Programa de control.El programa del PC está escrito en C, para DOS. Se trata de poder usar cualquier viejo ordenador para capturar las imagenes.
Menú de control.El menú de control (figura 5) se divide en cuatro bloques: adquisición, visualización, ajustes y ficheros. La línea superior y las dos inferiores son informativas. En adquisición podemos tomar una foto normal. Realizar múltiples fotos. Promediar múltiples fotos. Y por ultimo sumar múltiples tomas. En visualización tenemos varias formas de visualizar la imagen. La única que admite parámetros para la presentación es el estirado, las demás están predefinidas. La función "Interrogar Estado Cámara", actualiza los datos de la línea inferior de la pantalla. Podemos saber la temperatura del CCD, la temperatura ambiente y la hora de la cámara. La sección de ajustes es la mas amplia. En primer lugar, permite enfocar la cámara. Para esto, se visualizan de forma continua 25 líneas de la imagen. Esta franja se puede mover a través de todo la imagen con los cursores. A continuación esta la opción de posición que permite girar la imagen 90 grados. La opción "Tensión de reset" es útil para ajustar un potenciometro de la cámara que determina el nivel de la tensión de reset. La opción "Programar el RTC", pasa al reloj en tiempo real de la cámara, la hora del PC. Esta operación se realiza de tarde en tarde dado que es un reloj de cuarzo bastante estable. Esta hora es la que se coloca en la cabecera de la imagen. Hasta no hace mucho, los relojes de los ordenadores personales han dejado bastante que desear. La función "Peltier" simplemente arranca y para el proceso de enfriado. La opción "Vídeo LoRes" conmuta la resolución de la presentación, pasando del modo 320x240 a otro superior. La ultima función, "Tiempo entre fotos", permite espaciar las tomas en el tiempo que al hacer una tanda de fotos. En "Ficheros" tenemos dos ordenes para introducir datos a la cabecera del fichero. Uno es el nombre del objeto y el otro un comentario general. Por ultimo se puede hacer un listado de las imágenes obtenidas sin tener que abandonar el programa.
Resultados.Las fotos que se adjuntan a este artículo están realizadas desde una terraza en Coslada (periferia de Madrid), con un LX200 de 8" a f/6,3, menos la del Hyakutake, que fue hecha con un objetivo fotográfico de 50mm. El CCD estaba enfriado a -15° C.
Mosaico de Orión. Cuatro fotos de 3 minutos. El potente antiblooming de este sensor, evita que salgan las típicas rayas debidas a la saturación.
El cometa Hyakutake, 5 minutos con objetivo fotográfico.
Características técnicas de la cámara.
Caraterísticas técnicas del sensor.
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