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Titolo: The CCD Camera Cookbook: appunti personali

Salve a tutti :-)
Come promesso qualche tempo fa, ho preparato un messaggio dedicato alla 
camera CCD autocostruibile secondo le istruzioni del famoso libro "The 
CCD Camera Cookbook" di Richard Berry. E' un messaggio piuttosto lungo: 
chi e' interessato all'argomento ne sara' felice; chi non e' interessato, 
beh, si consoli pensando che avrei potuto scrivere un messaggio ancora 
piu' lungo e invece mi sono contenuto :-)))
Dunque, tutto ebbe inizio a gennaio scorso, quando, per un incredibile 
serie di colpi di fortuna, ho raccattato qualche soldino al Casino' de 
Taoro, a Santa Cruz de Tenerife. Ero in vacanza astronomica con il mio 
gruppo di amici astrofili agguerriti, e stavamo tornando in Italia dopo 
una ventina di giorni trascorsi a La Palma, ospiti dell'installazione 
astronomica di Roque de los Muchachos, la stazione che ospita i piu' 
grandi e sofisticati telescopi dell'emisfero boreale sotto uno dei piu' 
scuri cieli del mondo. Avevamo passato giornate intere percorrendo 
l'isola vulcanica in lungo e in largo, e nottate intere col naso 
all'insu', scrutando costellazioni invernali irriconoscibili per il 
numero pazzesco di stelle visibili ad occhio nudo (mitico lo stupore nel 
riconoscere Orione dopo cinque minuti di estasi), e facendo riprese 
fotografiche ad un ritmo vertiginoso, dopo esserci accaparrati una delle 
piste di atterraggio dell'eliporto locale, proprio sotto il mitico e 
gigantesco telescopio "William Herschel", che ogni sera ronzava imponente 
sulle nostre teste di astrofili matti. Adesso stavamo trascorrendo 
l'ultima sera della vacanza folleggiando al casino', in attesa di 
prendere il mattino dopo l'aereo che ci avrebbe riportato a casa, dopo 
una piccola puntata a Madrid per perdere un altro po' di tempo :-)
Seduto in uno dei salotti privati del casino', inebetito con qualche 
chilo di fiches in una mano e uno champagne da non so piu' quante 
migliaia di pesetas nell'altra, folgorato da chissa' quale pensiero fuori 
controllo, ho lanciato la proposta fatale ad Andrea, uno dei miei 
formidabili compagni di viaggio: "Ti do due etti di fiches per il kit del 
CCD che ti e' arrivato il mese scorso dagli Stati Uniti!". Beh, Andrea ci 
rimugina un po' sopra, mi guarda, mi riguarda, e poi mi dice "Se mi dai 
anche lo champagne il kit e' tuo".
Detto, fatto: in un attimo sono diventato proprietario del kit, 
gentilmente finanziato dal casino' spagnolo: un investimento di ben 
milleseicento lire, giocata minima per la roulette americana, reiterata 
finche' la sorte mi ha benedetto con i centri secchi. Viva il gioco 
d'azzardo! 8-))) Alla fine dei conti, il kit mi e' costato esattamente 
duecentomila lire, meno della meta' di quello che lo aveva pagato 
Andrea, che lo aveva poi dimenticato in un angolo preso com'era dal suo 
nuovo Schmidt concentrico, preso poco tempo prima a Venezia dal mitico 
Zen.
Doveva essere buono, quello champagne!!! ;-)))
Cosa e' esattamente questo kit? E di che CCD sto parlando?
La base di partenza e' il mitico libro "The CCD Camera Cookbook" di
Richard Berry, pubblicato negli Stati Uniti da Willmann-Bell. Nel
libro viene minuziosamente descritta la realizzazione meccanica ed
elettronica di una camera CCD basata sia sul chip TC211 che sul chip
TC245 (Texas Instruments), con dettagliati schemi elettrici e ampie 
spiegazioni. In piu', e' possibile acquistare il kit di assemblaggio 
contenente, oltre al chip vero e proprio, anche le varie parti esterne, e 
le schede dei circuiti stampati gia' pronte. Il kit in questione e' stato 
acquistato presso University Optics, e contiene il carapace tornito e 
fresato per la realizzazione della testa del CCD, con il raccordo fisico 
per il fuoco diretto (intercambiabile, una finezza), la finestra ottica, 
lo zoccolo di sostegno per il chip, il chip stesso (TC245), le celle di 
Peltier per il raffreddamento della testa, e i condotti idraulici per il 
liquido di raffreddamento forzato delle Peltier (un tocco di raffinatezza 
per il massimo delle prestazioni); inoltre c'e' tutta l'elettronica per 
la realizzazione sia dei circuiti di controllo clock del CCD che per la 
logica di interfacciamento col PC (via parallela).
Le caratteristiche fisiche del sensore lo posizionano nella classe dei 
CCD di elevate prestazioni: il chip ha dimensioni lineari di 755x242 
pixel (con profondita' di 12 bit grayscale per la logica progettata), con 
possibilita' di effettuare binning a 378x242 e 252x242 pixel; ogni 
fotosito ha dimensioni di 8,5x19,7 micron in singolo, mentre in binning 
252x242 si ottengono superpixel di 25,5x19,7 micron collegati ciascuno al 
medesimo stadio di amplificazione. La scelta di questo CCD e' basata 
anche sul fatto che il sensore TC245, a differenza del TC211, e' un chip 
frame-transfer, che richiede soltanto 10 millisecondi (circa 40 
microsecondi per linea) per svuotare il buffer immagine nell'area di 
immagazzinamento temporaneo prima di trasferire il segnale alla logica 
d'interfacciamento col PC; cio' permette di lavorare anche su soggetti 
luminosi con brevi tempi di integrazione senza otturatore 
elettromeccanico, dato che l'integrazione di 10 msec. durante lo 
svuotamento del buffer e' troppo breve per poter generare immagini 
secondarie indesiderate (effetto noto come "blooming", dovute al fatto 
che al termine dell'esposizione il sensore rimane comunque sempre esposto 
alla luce se non si installa un otturatore fisico). Il vantaggio del 
TC245 sta anche nel fatto che l'area di immagazzinamento temporaneo del 
sensore non e' mai esposta alla luce, ma e' protetta da una maschera 
opaca in alluminio, in modo da minimizzare il piu' possibile l'overload 
in caso di forti sorgenti luminose. A causa della circuitazione double-
sampling deputata al rilevamento dei segnali provenienti dai fotositi, il 
chip TC245 risulta essere in grado di rivelare sorgenti luminose quattro 
volte piu' deboli rispetto al TC211, a parita' di temperatura operativa.
A proposito di temperatura, come noto il raffreddamento del sensore 
riduce enormemente la cosiddetta "dark current", ossia il rumore 
elettronico prodotto dalla semplice agitazione termica degli elettroni 
intrappolati nei fotositi del CCD; lavorando in condizione di luce 
limite, il rapporto segnale/rumore e' spesso svantaggioso, e questa 
corrente di buio produce un'immagine che deturpa pesantemente la ripresa 
vera e propria; secondo le specifiche di distribuzione la corrente di 
buio e' pari a 1 (alla temperatura di 25 gradi Celsius sopra zero), ma si 
riduce a ben 0,0026 alla temperatura di 35 gradi Celsius sotto zero! 
Questo permette pose a piu' lunga integrazione, con un favorevole 
rapporto segnale/rumore; se poi si considera che l'immagine della 
corrente di buio puo' essere sottratta elettronicamente dalla ripresa 
vera e propria, si puo' vedere come il problema sia eliminabile con buona
efficienza. Il CCD che mi sto costruendo prevede (come il classico
SBIG ST4, del resto) un sistema di raffreddamento basato su una cella
di Peltier a doppio stadio: la prima cella estrae calore dal supporto
su cui poggia direttamente il sensore (il supporto e' detto in gergo
"cold finger", dito freddo), la seconda cella raffredda costantemente
la prima. Ma chi raffredda la seconda cella? Nelle camere CCD
commerciali, il raffreddamento del secondo elemento e' deputato ad un
radiatore alettato passivo, che smaltisce il calore accumulato per
semplice radiazione; al piu', una piccola ventola si incarica di
forzare il ricircolo d'aria sul radiatore, un po' come avviene per le
CPU dei nostri computer. Personalmente, la soluzione della ventola non
mi piace neanche un po', visto che potrebbero generarsi vibrazioni
incontrollabili e devastanti, che potrebbero richiedere mesi di sangue
prima di essere individuate ed eliminate. Nel TC245, invece, il
calore accumulato dalla seconda Peltier viene smaltito tramite un
circuito di raffreddamento a liquido, proprio come avviene nei motori
delle automobili o nei grandi CCD professionali: in quest'ultimo caso,
la differenza sta nel fatto che mentre i CCD professionali vengono
raffreddati con azoto liquido, io mi accontentero' di acqua mantenuta
alla temperatura di fusione del ghiaccio :-) La circolazione forzata
e' assicurata da una piccola pompa peristaltica capace di sospingere
il liquido dentro il canale di raffreddamento per un dislivello di
circa un metro. Tutto quello che serve sono alcuni cubetti di ghiaccio da 
mettere nel contenitore dell'acqua (soluzione spartana ma efficace). 
Tutto questo complesso di raffreddamento e' indispensabile solo in caso 
di riprese deep-sky veramente profonde; gia' nelle riprese planetarie 
(luna e pianeti) le condizioni sono estremamente piu' favorevoli, dato 
che il rapporto segnale/rumore si alza moltissimo grazie al fatto che 
luna e pianeti sono ben luminosi (anzi, a volte e' necessario anteporre 
alla finestra ottica del sensore un filtro Neutral Density per evitare la 
saturazione immediata!); per l'utilizzo come autoguida, poi, e' piu' che 
sufficiente l'utilizzo di un solo stadio della cella di Peltier, con 
ovvio risparmio sull'alimentazione elettrica.
Nel nostro gruppo abbiamo gia' realizzato un esemplare perfettamente
funzionante basato sul TC245. Non vedo l'ora di festeggiare la "prima
luce" del mio!!! :-))) "Purtroppo" sto spesso in viaggio, e quindi non ho 
ancora avuto il tempo di terminare la costruzione. Inoltre durante una 
prova di carico mi e' morto il chip del convertitore analogico/digitale, 
che dovro' ricomprare (RS ha in catalogo il chip a circa sessantamila 
lire).
Per scovare maggiori informazioni via Internet, eccovi la URL ufficiale 
del CCD Camera Cookbook:
http://www.willbell.com/ccd/ccd5.htm
Da qui si potra' partire per l'esplorazione dell'argomento, vastissimo 
per numero di (felici) utilizzatori, e per varieta' di modifiche 
apportate al progetto originale, spesso disponibili in rete liberamente. 
Amazon (
www.amazon.com
) ha in catalogo il libro in questione, io vi 
consiglio vivamente di acquistarlo, e' di una chiarezza e semplicita' 
disarmante.
Quanto costa tutto cio'? Beh, se come me avete un po' di dimestichezza
col bricolage e quindi potete disporre di un set di attrezzi (niente di
trascendentale), allora il costo si ridurra' al semplice acquisto
delle parti necessarie: per la realizzazione di una camera basata sul
chip TC211 il costo si aggirera' intorno ai duecento dollari, mentre
se scegliete come me il TC245 dovrete tirare fuori circa 
trecentocinquanta dollari. Siamo lontanissimi dai due-milioni-e-passa del 
piccolo ST4, per non parlare dei soldoni necessari per acquistare 
qualcosa di meglio! Certo vi ritrovereste con uno strumento gia' pronto,
funzionante, commerciale. Pero' volete mettere la soddisfazione? Senza
contare la possibilita' di modificare il progetto per inserire nuove
funzioni: ad esempio io ho gia' in mente di aggiungere un sensore per
controllare costantemente la temperatura effettiva del sensore...
Come si vede dall'impostazione del tutto, questo CCD non e'
decisamente uno strumento da utilizzare in montagna con facilita':
l'allestimento del circuito di raffreddamento non e' cosa da potersi
fare per una semplice nottata osservativa in cima a qualche sperduto
monte, e soprattutto l'alimentazione elettrica di tutte le parti in
gioco richiederebbe una schiera di batterie non indifferente. Del
resto, pero', per lo scopo principale per cui intendo utilizzare il
CCD (ossia immagini planetarie e studio di variabili a breve e medio
periodo), non serve proprio andarsene in montagna: posso benissimo
installare il telescopio con tutti gli strumenti funzionanti sul
terrazzo di casa, alimentare il tutto tramite la rete domestica, e poi
starmente al calduccio davanti al mio fedele computer (anzi, davanti
alla mia fedele rete locale! :-))) a scattare "fotografie" a ruota
libera. Addirittura tramite la seriale RS232 dell'elettronica della
Losmandy G11 posso pilotare il telescopio col mouse, senza nemmeno
tirare il naso fuori della finestra! :-) Come autoguida, invece, le
cose sono molto piu' facili, e l'utilizzo in montagna non e' una
difficolta'; prevedo l'acquisto di un bel binocolone, per andarmene a
spasso per la Via Lattea mentre il telescopio si fa le riprese da
solo... :-))))
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Alessandro "JonVon" Vannini - jonvon@biogateDOTcom
Visit my graphics page at:
http://www.mclink.it/personal/MC7872/graphics/index.html
<< Nihil computandum a nobis alienum putamus >>

jon...@biogate.com
 (Alessandro Vannini),InetNews
mise un bel post Re: The CCD Camera Cookbook: appunti personali
risponde Antonio Fuortes:
Grazie, Alessandro, del post "The CCD Camera Cookbook: appunti personali": questo e' il bello della rete! ogni tanto leggere un messaggio e' un piacere; il tuo sul CCD-roulettaro-canarino (o Canariano?) e' particolarmente gradevole, per:
- (1) la generosa dovizia di particolari tecnici:
- (1.1) ottici (che io, non addetto ai lavori, leggo con attenzione e forse con invidia, ma non posso apprezzare piu' di tanto; ho capito bene, che e' largo 6,3 mm, alto 4,6 e, avendo dei pixel da 8.5 x 19 micron, ha, come risoluzione, circa 120 linee/mm in orizzontale e la meta' in verticale - ma: perche' li fanno rettangolari? - oppure non ho capito nulla ...? e, con le pellicole fotografiche, a che risoluz. si arriva, oggi? ... );
- (1.2) termodinamici (gelate fratres, brr, !);
- (2) il racconto di come la tua vincita alla roulette di Tenerife ti abbia permesso di avere il CCD.
A proposito della vincita, di cui mi felicito: (spero che la netiquette mi passi la pesante battuta) mi pare che i diametri dei telescopi si esprimano per lo piu' in pollici; quanto valuti il diametro del tuo posteriore alla roulette ?
Con simpatia.
Antonio Fuortes - Milano
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(seguendo un suggerimento - che condivido - apparso su un altro NG, allego un mio profilo:
perugino del '33, liceo cl., ingegneria elettrotecnica, programmaz. di computer)
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Ringrazio Alessandro per il suo articolo.
Una sola precisazione (spero di sbagliarmi): i costi.
Dal sito della University Optics ricavo il seguente listino della spesa:
 30 $   Libro
 90$    Parti metalliche
130$   TC245-40 chip
   9$    Clips di montaggio
 20$    Circuito stampato
 58$    254 Set 1 (elementi Peltier)
125$   245 Set 2 (resto dei componenti elettronici)
  16$   Scatola di alluminio
  25$   Adattatore 1 1/4"
  30$   Pompa e tubi
  13$   Coperchio per preamplificatore
    9$   Zoccolo di montaggio per 245
  18$   Finestra ottica
====
573$
Ciao
Alberto
--
Posted from 
tlvsdy.vim.tlt.alcatel.it
 [151.98.8.244]
via Mailgate.ORG Server - 
http://www.mailgate.org

  18$   Finestra ottica
la trovi anche in italia
Cieli sereni,
-Alessandro
-----------------------------------------------------
mailto:
alessand...@bbs.metro.it
-----------------------------------------------------
Disastri Umani: HiroShima 45, CernoByl 86, Windows 95
-----------------------------------------------------
Mailbox di riserva: 
mailto:
alessand...@usa.net
mailto:
alg...@yahoo.com
 
mailto:
alg...@hotmail.com

lire).
Argh! :( consiglio superflo .... se durante la costruizione
dell'elettronica segui passo-passo le istruizioni di montaggio dei
programmi PREAMP.EXE e CARD.EXE montando di volta in volta i
componenti richiesti ed eseguendo i test relativi (basta un normale
tester che funga anche da ommetro), non puoi assolutamente rompere
nulla. E alla fine *deve* funzionare subito.


>posteriore alla roulette ?
Hai presente il Keck Telescope? Beh, piu' o meno...
:-)))))))))))


>Una sola precisazione (spero di sbagliarmi): i costi
Uhm, i miei dati sono aggiornati all'incirca a dicembre/gennaio scorso. 
Ad esempio il costo del chip e' aumentato, a quanto vedo. In ogni caso, 
siamo largamente al disotto del costo medio di qualsiasi CCD commerciale, 
spesso inferiore come potenzialita' all'ottimo TC245.


>e' utile, per vari motivi. Ti riferisco le mie esperienze
Ti ringrazio, le tue indicazioni sono preziosissime!!! Mi sono stampato 
il tuo messaggio per rileggerlo con la dovuta calma, credo che a questo 
punto faro' delle modifiche al sistema di raffreddamento della camera. 
Poter eliminare il circuito di raffreddamento a liquido sarebbe una 
comodita' INCREDIBILE, visto che eliminerei pompa, serbatoio, liquido e 
tubi. Gia' con tutti i cavi, cavini e cavetti della Losmandy e del 
computer pare di stare in una foresta equatoriale... :-))) E' pur vero 
che personalmente conto di lavorare sui pianeti, piu' che sul deep sky, e 
quindi non avrei grandi necessita' di portarmi il CCD anche in montagna, 
pero' poterlo avere piu' "portatile" non mi farebbe schifo...
A proposito! Come si puo' fare per alimentare il CCD in campagna? Ho uno 
schema per accoppiare il sensore all'elettronica della Losmandy G11 per 
farlo lavorare come autoguida, sarebbe carino poterlo portare su in 
montagna di tanto in tanto per riprendere immagini su emulsione classica, 
guidate pero' da un sistema elettronico...
Mitico, questa discussione sta diventando INTERESSANTISSIMA!!! Questo 
newsgroup mi piace sempre di piu'!!! 8-) E poi mi sto esaltando come un 
matto a leggere di altri astrofili che si stanno costruendo questo CCD. 
TROPPO FORTE!!! 8-)))
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Alessandro "JonVon" Vannini - jonvon@biogateDOTcom
Visit my Deep Void page at:
http://www.mclink.it/personal/MC7872/deepvoid/index.html
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>No, non ho preso questa modifica. Ne sai qualcosa?
Ok, abbiamo introdotto la modifica al circuito di amplificazione del 
segnale, praticamente questo dovrebbe ridurre di circa dieci volte il 
rumore di fondo della camera a parita' di temperatura :-)
Mi interesserebbe moltissimo poter discutere di questo dettaglio, ossia 
del raffreddamento e della dissipazione del calore delle peltier. Ho 
letto sul libro di Christian Buil che due peltier accoppiate non 
dovrebbero mai lavorare allo stesso regime, ma una (la seconda) andrebbe 
regolata solo ad una certa percentuale della potenza esplicata dalla 
prima. Questo per motivi di efficienza nello smaltimento del flusso di 
calore. Mah, e' tutto un universo da scoprire...
Non credo esista qualcosa di piu' appassionante che costruirsi un CCD da 
soli :-)
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soli :-)
Bah, sara' ma io ora mi diverto molto di piu' a usarla :-)
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farlo lavorare come autoguida, sarebbe carino poterlo portare su in 
Lo schema e' in fondo al libro della coobook. L'unica e' che l'UART
usata e' oramai introvabile pero' se giri sul sito dell'ATM o sul
quello ufficiale della willmann-bell o giu' di li' trovi anche la
sigla dell'UART pin compatibile (l'avevo trovato e stampato tutto, ma
ho tutto il materiale del progetti "astronomici" in osservatorio).
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Pero' c'e' una cosa che mi sono sempre chiesto sulla Cookbook Camera: e' 
possibile collegare la schedina presente sul corpo metallico del CCD 
tramite un flat, anziche' utilizzare il connettore a pettine come 
descritto nel progetto originale?
Questo per evitare di montare la schedina (e il suo guscio di protezione) 
sul corpo cilindrico del CCD...
Cosi', e' una cosa che mi e' venuta in mente. Secondo me questa schedina 
montata come dice il manuale e' davvero scomoda, e brutta a vedersi :-)
Se e' possibile, quanto puo' essere lungo al massimo il flat di 
connessione?
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connessione?
Tra chip, e preampli il meno possibile, io ho una mezza idea per le
prox camere, proprio per eliminare la scatola laterale, ma preferisco
provarla prima per vedere se funge ;-)
P.S. Hai visto gli altri messaggi che ti ho mandato sul NG ?
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