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CONSTRUCCIÓN DE UNA QUICKCAM B/N REFRIGERADA

En el mundo de la CCD, cuando realizamos exposiciones largas, el ruido eléctrico que produce el propio chip, es un verdadero inconveniente, y muchísimo más si la cámara que usamos es una webcam adaptada como es este caso. Para evitar eso, se ha realizado este proyecto el cual os presentamos para que aquel interesado pueda reproducirlo bien con otra QC en blanco y negro o si se atreve, con una color.

Autor: Vicente J. Molina García

La experiencia con la CCD QuickCam b/n que se describe en este mismo sitio web (pincha aquí) fue muy gratificante, dando unos muy buenos resultados en fotografías de la Luna y Júpiter y Saturno. Supongo que, como todo aficionado, el reto fundamental es el poder hacer fotografía de cielo profundo, así que el siguiente paso era el poder fotografiar nebulosas y cúmulos con esta CCD.

Para ello, la QuickCam (de ahora en adelante QC) debía sufrir una nueva modificación y se refería a refrigerarla para bajar la temperatura del chip y evitar, o mejor dicho, disminuir el ruido térmico que produce el propio chip en integraciones de varios segundos.

Para conseguir enfriar el chip, se ha optado por la forma que creo más fácil y la que se está imponiendo para estos menesteres. Me refiero al uso de módulos Pelttier. Este tipo de dispositivo superconductor, crea una diferencia de temperatura entre las dos caras que lo componen, produciendo una calor y la otra frio. Cuanto más refrigeremos la zona caliente, la parte fria bajará más la temperatura.

Basándonos en esto, de lo que se trata ahora es de hacer llegar el frio al chip. Para ello, construí un "dedo frio" que, en contacto con el chip, debería transmitirle las bajas temperaturas.

El "problema" más importante que encontraremos a la hora de conseguir esto es el hecho que el chip se encuentra soldado y muy unido al circuito, con lo que para que el dedo frio toque el chip habrá que desoldarlo.

Para desoldarlo, y dados mis escasos conocimientos en electrónica, preferí conceder ese honor a unos primos mios que trabajan en una Electrónica. Al día siguiente lo tenía desoldado y listo para utilizar. En el lugar que ocupaba el chip, se colocó un zócalo en dos tiras para poder montarlo posteriormente y permitir que el dedo frío pudiera pasar entre las dos mitades..

El esquema del montaje del dedo frio con el chip y su placa es el siguiente:

Vista lateral

 

Vista frontal

Ahora había que construir el dedo frio. Para ello, utilicé un bloque de aluminio en forma de cubo de 40 mm. de lado. Aconsejo no obstante, que lo hagais de 50x50x40, ya que al final tuve problemas para centrar el chip en el dedo frio por falta de espacio.

Armado de sierra y un poco de paciencia le dí forma, quedando como lo veis aquí:

Aparece aquí el despiece de todo el material que formará la cámara y del cual ireis viendo su utilidad:

 
  A- Dedo frio de aluminio.
B- Módulo Pelttier. (12 Voltios - 4 a 6 Amperios).
C- Disipador de aluminio.
D- Abrazadera de unión dedo frio-peltier-disipador. (opcional según montaje)
E- Ventilador (12V).
F- Tapas de PVC de 75mm de diámetro.
G- Pieza de empalme de tubería PVC de 75mm de diámetro.
H- Tapa trasera de objetivo para adaptar objetivos y acoplar al telescopio.
I- Tornillos de Nylon para evitar intercambio de calor.

Ahora, y siguiendo el primer esquema mostrado, hay que unir el dedo frio, el módulo Pelttier y el disipador. Para ello, utilicé una abrazadera de aluminio que hice yo mismo ya que las dimensiones del dedo frio no me permitían unir las tres piezas directamente. Si utilizais las dimensiones del dedo frio de 50x50x40 podreis atornillar directamente el disipador al dedo frio, dejando bien sujeto el Pelttier entre los dos.

La unión de los tres elementos se realizó con tornillos de nylon de 3mm. Tengamos en cuenta que el módulo Pelttier desprende calor por una cara y frio por la otra, así que utilizando tornillos de nylon, evitamos que exista intercambio de temperatura y el calor pase a la zona fria.

Unido al disipador de aluminio, atornillaremos el ventilador. Cuando esté funcionando, el ventilador refrigerará el disipador, evitando que se caliente. Cuanto más fresca mantengamos la cara del Pelttier que está en contacto con el disipador, más frío producirá la otra cara del módulo.

Por cierto, no se os ocurra probar el Pelttier sin la adecuada refrigeración. No da mucho gusto ver como se funden delante de ti las seismil pesetas que cuesta el cacharrito. (Os habla la voz de la experiencia)

Ahora sólo queda montar el cuerpo de la cámara que servirá de contenedor del conjunto y que además nos va a permitir adaptar la cámara a un objetivo o al telescopio utilizando un adaptador con anillo T..

Se os muestra aquí una de las tapas de PVC ya acoplada al conjunto anterior. Esta tapa ha sido recortada interiormente con la forma del dedo frio para que encaje. También se ha rebajado el borde interior que sirve de unión con el tubo que forma el cuerpo de la cámara, ya que de lo contrario, no se podrá insertar el circuito de la cámara.

A esta tapa también se le han practicado orificios por donde se une esta pieza con el disipador utilizando tornillos de nylon y que en definitiva serán los que sujeten todo el cuerpo de la cámara.

Como comentaba al principio, la cámara está diseñada para poder ser utilizada tanto con objetivos fotográficos como ser acoplada directamente sobre el telescopio.

En el esquema que se ve a continuación, se puede ver el conjunto montado y la medida que tendremos en cuenta para calcular la distancia que debe haber desde el objetivo y el chip para que enfoque.

Lo primero que se hizo fue medir la distancia focal que tenía el objetivo desde el soporte trasero de éste hasta donde se formaba la imagen, dando el resultado de aproximadamente 46mm. Supongo que esta medida la tendrán todos los objetivos estandar, pero de todos modos, comprobadlo con los vuestros.

ESQUEMA FINAL DEL MONTAJE DE LA CCD

Para acoplar tanto los objetivos como el adaptador al telescopio, se ha utilizado una tapa trasera de objetivo, que podemos conseguir en cualquier tienda de fotografía por unas 250 pesetas aproximadamente.

Ahora que ya tenemos las medidas del cuerpo de la cámara, podemos montar el circuito de la QC en el dedo frio. Para su montaje, es importante que el chip esté en perfecto contacto con el dedo frio, ya que así aseguraremos una buena transmisión de temperatura.

Para ello, construiremos un pequeño soporte de plástico con un orificio que permitirá pasar la luz hasta el detector del chip CCD. Este plástico hará presión sobre el chip para dejarlo en contacto con el dedo frío.

En mi caso, y debido al diseño utilizado, se optó, tras muchos intentos fallidos, a unirlo mediante unos cables de cobre que atravesaban el dedo frío y que al retorcer, ejercían presión entre el circuito impreso de la cámara y el plásitco que hace de tope y sujeta el chip.

Aquí teneis el montaje en dos perspectivas.

   
 

Como se ha comentado, para el montaje que hice, la unión la realicé conforme al esquema que aparece bajo estas líneas. El hilo de cobre compuesto por otros tantos más finos, atraviesa el dedo frío y el circuito de la cámara aprovechando los que ya tenía y servían para sujetar la óptica original.

Los pequeños topes de madera evitan que el hilo gire, pudiendo retorcer el cable hasta ejercer la presión suficiente.

La pieza de plástico que hace presión sobre el chip está hecha de un pedazo de la pieza oscura que sujeta los discos compactos en una caja de CD de música. Hay gente que utiliza una pieza de metacrilato, con lo que no haría falta practicarle una ventana, pero no sé hasta qué punto el metacrilato no distorsionará la imagen o hará reflexiones internas en objetos brillantes. Ante la duda...

Tal vez la solución parezca un poco rebuscada, pero como ya tenía construido el dedo frío, me tuve que adaptar. La verdad es que no me apetecía rehacerlo con otro diseño. (¡con lo que me costó cortarlo!)

Llegados a este punto, ya sólo queda proceder al montaje del cuerpo de la cámara, uniendo los elementos de PVC mediante tornillos. Así dodremos desmontar el conjunto por si en alguna ocasión hiciera falta.

El interior del cuerpo de la CCD se recubrió de fieltro adhesivo de color negro para evitar reflexiones internas. Una opción interesante puede ser el pintarlo con pintura negra mate mezclada con serrín. De ese modo, le daremos una textura que en el caso de haber alguna reflexión, será dispersada en todas direcciones debido a la textura.

La unión de la tapa superior con la tapa trasera de objetivo que nos servirá de adaptador, se optó por realizarla mediante pegamento de dos componentes, ya que así permitía cierta libertad de centrado y rectificación hasta que secase, cosa que un pegamento rápido o unos tornillos no nos permiten.

Como último retoque de "la criatura", posteriormente le puse un soporte para poderla acoplar a un trípode fotográfico o montarla en paralelo sobre el telescopio. Aprovechando la forma del adaptador para trípode se puede añadir en la zona inclinada, las conexiones para dar corriente al ventilador y al Pelttier.

Aquí veis el esquema del montaje con el soporte para trípode.

Llegados a este punto, ya sólo queda colocarle un objetivo o acoplarla al telescopio para comenzar a tomar fotografías.

Aunque en los esquemas no aparezca el ventilador acoplado al disipador (por motivos de tamaño de la imagen) es imprescindible su montaje, ya que de otro modo, lo que conseguiremos será unas temperaturas de frío ridículas y el riesgo de fundir el Pelttier.

ASPECTO FINAL DE LA QUICKCAM CCD REFRIGERADA

 

Como prueba del funcionamiento, se muestran aquí unos cuadros oscuros obtenidos con la cámara y que comparan los realizados con y sin refrigeración.

Integración de 5 segundos sin refrigerar

 

Integración de 5 segundos refrigerada

Integración de 20 segundos sin refrigerar

Integración de 20 segundos refrigerada

Se aprecia perfectamente como el ruido del CCD queda reducido considerablemente en las integraciones refrigeradas.

Os muestro aquí una toma realizada usando un objetivo fotográfico de 70 mm. a f/4.5 con 10 integraciones de 15 segundos cada una. Se aprecian perfectamente estrellas de hasta la magnitud 9. La nebulosidad que rodea las estrellas más brillantes, supongo que se deberá al proceso de manipulado de la imagen.

Por supuesto, que el montaje aquí propuesto es sólo eso, una propuesta. Supongo que cada uno tendrá sus ideas y su maña. De todos modos, espero que os sea de utilidad y os anime a la construcción de artefactos como este.