CCD en color para astronomía a precio de “web-cam”

CCD EN COLOR PARA ASTRONOMÍA, A PRECIO DE “WEB-CAM”

Philips ToUcam Pro (PCV 740K)

Quiero desde aquí expresar mi reconocimiento y agradecimiento al trabajo de investigación realizado por Steve Chambers para conseguir realizar fotografías de larga exposición mediante una de esas populares cámaras para PC que se encuentran en el mercado a un precio muy asequible, poniendo al alcance de la mayoría de los aficionados a la astrofotografía la posibilidad de disponer de una cámara CCD de notables características con solo realizar unas relativamente sencillas modificaciones.

Esta modificación ha sido realizada al principio sobre la Philips Vesta Pro y aplicada posteriormente a la ToUcam Pro, ya que se basa en el mismo circuito electrónico.

Sobre este último modelo, en nuestra AAF, primero Manuel Cedrés y después yo hemos realizado con éxito las dos versiones propuestas por Steve Chambers.

Yo me decidí finalmente por la versión avanzada, que nos permite leer de forma independiente las líneas impares y las líneas pares que forman un cuadro o fotograma completo, de manera que tenemos la posibilidad de hacer una exposición larga en uno de estos 2 semicuadros y, mientras se efectúa la misma, utilizar el otro semicuadro para controlar el seguimiento de nuestro telescopio sobre un objeto, mediante tomas a intervalos cortos. Es la que voy a describir a continuación de una forma muy resumida y orientada a aclarar sobre todo los aspectos prácticos esenciales y mas críticos del trabajo.


Para simplificar, he omitido el control opcional del preamplificador incorporado en el sensor CCD (pin 9), con el fin de desactivarlo durante el tiempo de exposición para reducir el ruido térmico (El pequeño transistor que se ve en la foto de la plaquita de control junto con algunas resistencias extra, así como los dos condensadores, negro y azul respectivamente, que también pueden  verse en otra foto entre el pin 9 del CCD y masa forman parte de ese control omitido en el esquema. El esquema puedes verlo en: http://www.pmdo.com/wadm2.htm  y otra versión mejorada que actúa sobre el pin 8 la tienes en: http://mypage.bluewin.ch/bm98/p740k/AmpOff-with-ZD-2.gif ).

Tampoco he incluido detalles sobre la carcasa que, como puede verse en la última foto, consta de una cajita de aluminio (que construí con unos trozos de perfil rectangular de dicho material) en cuyo interior he sujetado la cámara por medio de 2 tornillos con separadores y tuercas, de manera que el sensor de imagen CCD quede centrado frente al orificio circular abierto en el centro de una de las caras mayores; sobre la que he pegado un tapón trasero de los objetivos de mi cámara reflex (también perforado en el centro), que hace de adaptador, permitiéndome usar dichos objetivos así como acoplarla al telescopio (entre la caja y el tapón adaptador he intercalado un anillo cortado a medida de un tubo de PVC, para ajustar la distancia al objetivo de modo que el sensor CCD quede en el plano focal del mismo).


Para el control de la cámara en todas sus funciones podemos usar, por ejemplo, el excelente programa AstroSnap, que puedes descargar de la red de forma totalmente gratuita.

Si quieres una información mas detallada sobre este montaje y su funcionamiento, te remito a la página web de Steve Chambers o a otras como K3’s AstroPhotography, que pueden aclararte alguna duda o mostrarte alguna variante del circuito de control (aunque se refiera a la Vesta Pro, es perfectamente aplicable a la ToUcam Pro).

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Al adquirir la cámara ToUcam es importante comprobar que se trate del modelo PCV 740K ya que existe otra versión de aspecto  prácticamente idéntico pero que utiliza un sensor CMOS, en lugar del CCD que es el que nos interesa por ser mas sensible.

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LA MODIFICACIÓN PASO A PASO

                  

1.- Desmontamos la carcasa quitando el tornillo y deslizando la tapa trasera para soltarla.

2.- Quitamos los 2 tornillos para soltar la única placa que contiene todo el sistema electrónico de la cámara.

3.- Damos la vuelta a la placa para trabajar sobre el lado en el que se encuentra el sensor de imagen CCD, cuidando no tocar el vidrio transparente o ventana óptica del mismo.

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4.- Quitamos el LED (diodo electro-luminiscente) y el micrófono, desoldándolos.

El LED si es muy aconsejable quitarlo pues es una fuente de luz muy cercana al sensor y puede interferir. El micrófono solo puede ser un estorbo desde el punto de vista mecánico, pero si no nos molesta, podemos dejarlo.

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5.- Levantamos las patillas (o “pines”) 8, 10 y 13 del circuito integrado D16510, desoldándolas y doblándolas un poco hacia arriba para aislarlas de la placa. ¡MUCHO OJO!, esta es la operación mas delicada ya que la separación entre ellas es de solo 0,6 mm. Yo lo he conseguido hacer tirando, con mucho cuidado, hacia arriba de la patilla mediante un ganchito hecho con alambre fino de acero (cuerda de guitarra) mientras fundía el estaño con un soldador de punta muy fina y ayudándome de una lupa. Tenemos que evitar que se formen puentes de estaño entre las pistas y patillas adyacentes y procurar no forzar demasiado las patillas al levantarlas pues podemos partirlas fácilmente.

Una alternativa mucho mas fácil y menos peligrosa para este 5º paso es no desoldar ni levantar las patillas 8, 10 y 13, sino simplemente cortar las pistas que van a los puntos que en la foto de abajo hemos marcado como “PAD 10”    y   “PADS 8 y 13”, usando la punta de una cuchilla o “cutter” y teniendo mucho cuidado de no cortar alguna otra pista contigua.

De esta forma vamos a tener puenteadas las patillas 8 y 13 y solo tendremos, en el paso 6, que soldar un cable a una sola de ellas y lo único que  perderemos es la posibilidad de leer de forma independiente las líneas pares e impares de la imagen, lo cual solo nos interesaría en el caso de querer hacer la toma de imagen y el guiado o seguimiento de una estrella simultáneamente con la misma cámara.

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6.- Soldamos un cable muy fino en cada una de esas 3 patillas levantadas, otros 2 cables en las pistas donde estaban conectadas ( uno en el PAD 10 y otro en el punto común a los PADs 8 y 13 que están interconectados en la placa), raspando previamente en esos puntos el barniz protector, y soldamos otros 2 cables mas en los puntos de + 5 V y 0 V del conector USB.

El otro extremo de estos cables irá conectado al sencillo circuito de control que describiremos a continuación y que se conecta a su vez al puerto paralelo del ordenador mediante otro cable terminado en un conector DB25-M.

Detalle de los puntos sobre los que tenemos que hacer las conexiones.

7.- Para proteger estas delicadas conexiones, podemos cubrirlas con silicona o pegamento termofusible.

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8.- Montamos el circuito de control que, como se ve en el dibujo, esta formado por un circuito integrado 4066 B,  seis resistencias de 10 K y otras tres resistencias de 470 ohmios.

CIRCUITO DE CONTROL: a la izquierda se indican las conexiones que van a la cámara y a la derecha las que van al puerto paralelo del ordenador.

Yo hice el montaje sobre esta placa de circuito impreso que realicé yo mismo, procurando agrupar los componentes para que ocuparan un espacio mínimo. Pero también podemos hacerlo sobre un trozo de placa del tipo “uniprint” o algo similar.

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9.- Finalmente soldamos los cables de interconexión con la cámara, procurando que sean lo mas cortos posible, así como el que va al puerto paralelo, que cortamos aproximadamente de la misma longitud que el cable USB que trae la cámara y le montamos el conector macho de 25 pines (DB25 M).

La ToUcam modificada para astrofotografía, lista para usar, con un objetivo fotográfico.

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Mi primera imagen de cielo profundo obtenida con esta cámara resulta bastante prometedora:

Es una toma única de M57(Nebulosa anular de Lira) hecha con un tiempo de exposición de solo 1 minuto, a foco primario de un telescopio Smith Cassegrain de 255 mm de diámetro y 2500 mm de focal  (Meade LX200 10″ a F/10)

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Carlos Vera Hdez. – AAF – 30 / 08 / 2002


SI LA ENFRIAMOS UN POCO, MUCHO MEJOR

Un módulo “Peltier” adosado,  por su lado frío, al respaldo de la caja de aluminio que contiene la cámara y un disipador de  calor con ventilador, de los que se usan para los microprocesadores Pentium, por el lado caliente del “Peltier”, completan el sistema de refrigeración.

Para mejorar la transferencia de calor, he utilizado pasta de silicona en las uniones de estos tres elementos.

Finalmente he recubierto el cuerpo de la cámara con espuma aislante para que las pérdidas de energía sean mínimas.
Para la alimentación de este sistema peltier + ventilador utilizo una fuente de ordenador, que es muy barata, fácil de encontrar y produce una intensidad mas que suficiente. (este módulo soporta una tensión máxima de 12 V, pero yo suelo alimentarlo a 5 V para evitar que se caliente demasiado)


En estas tomas oscuras se aprecia una clara reducción del ruido térmico en la cámara enfriada unos 16 grados por debajo de la temperatura ambiente, alimentando el módulo Peltier a 7,58 V con una intensidad de 2 A (el ventilador, en paralelo, solo consume 0,1 A)


¡¡ ESTO YA SE VE MUCHO MEJOR !!

M57 – Integración de 17 tomas de 30 seg. – LX200 10″ F/10 – Carlos Vera H. – 16-09-2002