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Philips ToUCam Pro PCVC 740k mit Lüftung

J.S. Schlimmer (September 2010)

Grenzgrößen beim Einsatz der PVCV 740k in der Videoastronomie

Die Philips ToUCam Pro PCVC 740k bewährt sich aufgrund ihrer hohen Lichtempfindlichkeit seit Jahren in der Videoastronomie. Seit dem Jahre 2002 wird sie hier zur Beobachtung und Aufzeichnung von Doppelsternen eingesetzt. Bei einer Einstellung von 5 Bildern / Sekunde lassen sich an einem 8-Zoll Teleskop Sterne bis 10,5 Magnituden direkt beobachten. Mit Hilfe des "Shift and Add" Verfahrens, kurz als "Stacking" bezeichnet, kann die Empfindlichkeit um eine weitere Magnitude bis auf 11,5 Magnituden gesteigert werden (Beobachtungsbedingungen : Stadthimmel mit einer Grenzgröße von 5,0 Magnituden für das bloße Auge). Leider sind Aufnahmen mit 5 Bildern / Sekunde mit maximaler Belichtungszeit und maximaler Verstärkung stark verrauscht. Das Stacking kann dieses Rauschen nur zum Teil ausgleichen.

Bereits im Jahr 2002 sollte die Platine in ein anders Gehäuse eingebaut werden. Dieser Plan wurde jedoch erst 8 Jahre später ausgeführt. Der Grund diese Planung dennoch umzusetzen, lag in der Beobachtung von 61 Cygni AI. Der Begleiter, der immer näher an die Hauptkomponente A rückte, ließ sich im Rauschen der Bilder nicht zufriedenstellend detektieren (siehe Abbildung 4)

Wärmeverhalten und Betriebstemperatur der PVCV 740k

Bei einer Umgebungstemperatur von 20° C erwärmt sich der Prozessor nach ca. 10 Minuten Betrieb auf 40° C. In dem kleinen Originalgehäuse kann der Prozessor die Wärme nicht an die Umgebung abgeben. Auch niedrige Umgebungstemperaturen wirken sich nicht auf die Betriebstemperatur des Prozessors aus.

Kühlung des Prozessors

Bereits im Jahr 2002 gab es erste Tests zur Rauschreduzierung der Philips ToUCam Pro PVCV 740k. Zeitweise wurde sie mit geöffnetem Gehäuse betrieben. Hierdurch konnte der Prozessor, der an der Oberseite der Platine sitzt, seine Wärme an die Umgebung abgeben. Bereits diese einfache Maßnahme führte zu einem deutlich reduzierten thermischen Rauschen. Allerdings entfiel durch das Öffnen des Gehäuses auch die mechanische Zugentlastung des Kabels der Webcam. Außerdem bestand die Gefahr, dass der eigentliche CCD Chip (bzw. die Glasplatte vor dem CCD Chip) durch Schmutzpartikeln verunreinigt werden könnte.

Zur besseren Wärmeabgabe an die Umgebung wurde die gesamte Platine in ein größeres Plastikgehäuse eingebaut (85 mm x 80 mm x 40 mm). Die Rückseite des Gehäuses ist mit einem Lüfter versehen (Abbildung 1), der die warme Luft aus dem Inneren absaugt. Über ein Potentiometer wird die Leistung des Ventilators stark gemindert. Der geminderte Luftfluss reicht für einen Austausch der Innenluft völlig aus. An den Seiten des Gehäuses befinden sich je 3 Lüftungslöcher, durch die Luft angesaugt wird. Die Löcher sind mit Schaumstoff versehen (Abbildung 2). Dieser dient als Luftfilter und soll das Eindringen von Schmutzpartikeln verhindern. Der Prozessorchip (14 mm x 14 mm) bekam zusätzlich einen Aluminium Kühlkörper (25 mm x 25 mm x 6 mm), siehe Abbildung 3.

Auf eine aufwendige aktive Kühlung mittels Peltier Element wurde hier verzichtet. Bei einer Einstellung von 5 Bildern / Sekunde kann die maximale Belichtungszeit nicht größer als 0,2 Sekunden betragen.

Abbildung 1 : Neues Gehäuse mit aufgesetztem Lüfter

Abbildung 2 : Gehäuse mit Okularanschluss, Lüftungslöchern und Lüfter

Abbildung 3 : Platine mit zusätzlichem Kühlkörper 25mm x 25mm sowie Luftfilter für das Gehäuse

Ergebnisse

Abbildung 4 : 61 Cygni a) ohne Lüfter b) mit Lüfter, Umgebungstemperatur T=18°C

Erste Tests die in warmen Sommernächten bei Umgebungstemperaturen von 20° C und 18° C durchgeführt wurden, lieferten selbst bei diesen hohen Temperaturen überzeugende Ergebnisse. 61 Cygni ist ein Doppelstern mit sehr großer Eigenbewegung. Derzeit bewegt er sich an dem Hintergrundstern "I" vorbei. Die Relativbewegung von 61 Cygni AI ließ sich mit der Standard ToUCam PCVC 740k nicht zufriedenstellend beobachten.

Abbildung 4a zeigt ein aus 57 Einzelbildern gestacktes Bild von 61 Cygni bei ausgeschaltetem Lüfter, Abbildung 4b zeigt gleiches Motiv aus 50 gestackten Bildern. Diesmal erfolgte die Aufnahme jedoch mit eingeschaltetem Lüfter. Beide Bilder wurden nicht nachbearbeitet und zeigen lediglich das gestackte Resultat. Bereits auf den ersten Blick fällt die geringere Hintergrundhelligkeit von 4b auf. In 4a beträgt der Wert des Hintergrundes 67/255 (= 26,3 %), in 4b liegt der Wert bei 40/255 (= 15,7 %). Die Hintergrundhelligkeit wurde also erheblich reduziert. Das Signal Rauschverhältnis ist deutlich besser und lichtschwache Sterne wie die Komponente "I" lassen sich wesentlich besser beobachten.