La cámara AUDINE.

Actualizado el 9-02-2005

 

El proyecto Audine.

Descripción general de funcionamiento.

Velocidad de lectura.

Sustitución del AD976 por LTC1605.

Conmutador analógico MAX333A y MAX333.

Obturador mecánico.

AUDINE-LP

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Fig. 1- Nuevo circuito impreso monoplaca.

 

El proyecto Audine.

Se trata de un trabajo de gran envergadura y calidad dirigido por Christian Buil en colaboración con trece personas de la Asociación Aude de Toulouse (Asociación de Usuarios de Detectores Electrónicos). A los responsables mi más sincera felicitación y gracias por compartirlo.

A finales de 1999 el trabajo es ofrecido en internet para todos los aficionados. Fue una gran alegría para los que seguimos los trabajos de C. Buil. La pagina web del proyecto Audine es completísima, profundizando exhaustivamente en múltiples aspectos.

La cámara soporta la familia de chips KAF400, KAF1600. El circuito electrónico esta diseñado de la forma más simple posible con objeto de abaratar costes y hacerlo accesible al mayor numero de personas posible. Esto, sin sacrificar la calidad de las imágenes, se consigue prescindiendo de todo aquello que pueda ser superfluo y haciendo que todo el trabajo de control lo realice el PC.

La cámara ha tenido una acogida espectacular. En USA ha desplazado a la muy apreciada CookBook 245 y ha surgido un kit para facilitar el conseguir las piezas, de forma similar al método que emplean en Francia. Han realizado algunas mejoras de índole física, y curiosamente también le han cambiado el nombre, llamándola Genesis.

El "cielo" también colaboró en esta expansión. A las pocas semanas de aparecer la cámara en Internet, la casa Kodak hace una superoferta de sensores tipo KAF. Durante el mes de Septiembre de 1999, el componente más caro y difícil de conseguir (unas 60.000pts el KAF400), es puesto al alcance de todo el mundo por unas 12.000pts gastos incluidos. Antes de terminar el mes se agotaron las existencias. Todo el que pudo, compró su sensor para construir la cámara.

Mas recientemente han aparecido algunas cámaras comerciales que copian el diseño sin ningún pudor.

Lo más notable del proyecto es el software que de forma gratuita nos ofrece. Se nota que detrás están los veinte años de experiencia del amigo Buil. Ya quisiera más de una casa comercial ofrecer con sus cámaras unas herramientas tan potentes.

El paquete de software está compuesto de tres programas:

-PISCO está dedicado a la adquisición. Incorpora útiles herramientas como son el enfoque, la adquisición planetaria o el control del telescopio.

-IRIS es una aplicación de tratamiento de imagen muy potente. Mucha gente la esta usando para tratar imagenes de otras cámaras.

-AUDACE - AUDELA. Realizado por Denis Marchais y Alain Klotz, este programa nos hace saltar a otro nivel. Permite programar secuencias de adquisición mediante script para automatizar el trabajo. Inicia el control de cámara y telescopio a través de una red. Esta disponible también para Linux.

Descripción general de funcionamiento.

El circuito eléctrico de esta cámara es fácil de entender con unos conocimientos básicos de electrónica. Los únicos integrados algo menos usuales y difíciles de conseguir son el conversor analógico digital AD976 y el conmutador analógico MAX333. Más adelante los veremos en detalle.

Al tratarse de una cámara no inteligente, todas las señales de control de la cámara son generadas por el puerto de impresora del ordenador. Lo primero que encuentran estas señales al llegar al circuito son inversores 74HCT14. Su principal misión es eliminar ruidos, pero también invierten los niveles. Quiere decir que si en el programa sacamos bits a uno, en realidad en la cámara tendremos ceros.

 

Fig. 2 - Fragmento de dos lecturas con Pisco 1.0 en bining 2x2 (señales P1 a P8 ).

Las señales obtenidas de este modo, son nombradas en el esquema de P1 a P12. Las señales esenciales para el control de la cámara son P1 a P8.

P1-P5: sirven para generar las fases de control del CCD. Al pasar por los MAX333 se transforman en V1,V2, H1-H2 y R.

P5: se transforma en CL , un clamping a la señal de vídeo para restaurar el nivel de continua perdido al pasar por C20.

P6: ataca directamente al pin R/C del conversor AD. Al ponerse a cero, dispara una conversión.

P7: ataca al pin BYTE del conversor. Selecciona en el conversor ocho bits de los dieciséis.

P8: va directamente al pin A-B de U8. Saca al puerto paralelo cuatro de los ocho bits anteriores. El PC solo puede leer de cuatro en cuatro bits. 

Las cuatro señales restantes tienen una función secundaria. P9 se usa opcionalmente (depende del puente en TB2) para quitar alimentación al amplificador de salida del CCD durante la exposición. Por ultimo P10, P11 y P12 quedan libres para usos accesorios como por ejemplo manejar un shutter o una rueda de filtros.

 

Velocidad de lectura.

En primer lugar debe tenerse muy en cuenta que la velocidad de lectura va a depender un poco del ordenador usado. Esto significa que las lecturas realizadas con una misma cámara pueden variar ligeramente según el PC usado. Los 35usg por lectura que muestra el cronograma de la fig. 3, pertenecen a un PII-233, en un PIV-1,5 ese tiempo se reduce a 29 usg.

La mayor parte del tiempo de lectura se debe al proceso de preparación de la señal, disparo del conversor y lectura de los valores. Si hacemos una foto con tiempo de exposición nulo, de forma aproximada, el tiempo de adquisición de una imagen en un PII-233 es:

Bining 1x1: (768x512 pixel) 23 sg.

Bining 2x2: (384x256 pixel) 8 sg.

En bining 2x2, tanto en Pisco 1.1 como en Audela el proceso de lectura de un pixel es35 usg. Estudiando las señales de digitalización de un pixel, se deduce que sería posible reducir este tiempo en hasta 10 usg. Es posible acortar los tiempos de preparación de la señal pero sobre todo se gana bastante si la lectura de los datos se hiciera al tiempo que se prepara de la señal.

Fig.3 - Detalle de una lectura con Pisco 1.10 en bining 2x2 (señales en p. Paralelo de un PII 233).

La señal BUSY está tomada directamente en el AD976A.

 

Sustitución del AD976 por el LTC1605.

El conversor usado en el diseño es el AD976, un conversor AD de 16 bits que puede tomar 100 Ksps. Existe la versión AD976A que permite adquirir hasta 200 Ksps pero en realidad da igual usar uno que otro ya que la duración de la conversión esta limita por la velocidad del amplificador operacional.

Existen varios equivalentes, el ADS7805 de Burr-Brown y el LTC1605 de Linear Technology son dos ejemplos. En España no ha sido posible conseguir el original y hemos optado por el LTC1605 que esta disponible a través de RS Amidata. A veces ocurre con los equivalentes lo que nos ha sucedido aquí: el fabricante dice que su chip es una segunda fuente mejorada pero sobre el terreno la equivalencia no es total.

En el esquema de Audine, la señal P6 inicia la conversión con un pulso bajo. Esta línea ataca al pin R/C del conversor y con PISCO dura unos 20usg. Según las especificaciones en las hojas de características de los modelos AD976 y LTC1605, esta señal solo tiene valor mínimo, de unos 50ns, sin estar limitada por un valor máximo. No obstante Linear Technology "recomienda" que para mejorar la respuesta que el máximo no supere los 3us. Pues bien, resulta que no es que "convenga", con 20us el conversor simplemente no funciona.

Como éste descubrimiento se produce cuando ya están comprados los integrados y la placa fabricada, no queda más remedio que o bien modificar el sofware, que seria lo mas razonable pero que depende de otros, o bien modificar el hardware como se describe a continuación.

Para acortar la duración del pulso se ha insertado un monoestable 74121. Este componente, con una resistencia de 1K y un condensador de 1nF, genera un pulso de 600ns. Con este pulso los dos conversores responden perfectamente.

Fig.4 - Uno de los posibles cableados del monoestable para acortar un pulso bajo.

Fig. 5 - Ejemplo de montaje, no exactamente el superior, para no tocar la placa. Se coloca el 74121 sobre el 74HCT14.

 

En los siguientes oscilogramas puede verse en la parte superior, la entrada al conversor AD haciendo un exposición de 0sg con la cámara a oscuras. Debajo está la señal P6 que inicia la conversión y a la derecha como queda convertida en el estrecho pulso necesario después de pasar por el 74121.

Fig.6 - Señal de conversión antes y después de la modificación, de unos 18usg se pasa a 600nsg.

Espero que esto sea una solución provisional y que el arreglo definitivo en el software original de Audine no tarde en llegar puesto que se trata de una modificación trivial. Tan solo se trata de subir la señal de disparo P6 inmediatamente después de haberla bajado, sin más esperas, ya que el PC nunca podrá generar una señal tan corta como el mínimo de 50ns. Con un cambio tan sencillo se podrán usar ambos conversores sin problemas.

A fecha de 6-2004 tan solo Audela y Astroart han solucionado el problema.

Hay que decir que con solo añadir el 74121, el pequeño regulador Q2, empieza a trabajar algo forzado. Que a nadie se le ocurra cambiar la lógica HCT (U1,U2,U8) por sus equivalentes TTL ó LS. El aumento de consumo que ello implicaría, no es soportado por Q2. Desgraciadamente el 74121 no existe en formato de bajo consumo.

 

Conmutador analógico MAX333A y MAX333.

También podemos tener dificultades para conseguir los dos integrados MAX333A. En el caso de RS solo disponen actualmente de la versión antigua, sin la letra A. Esta versión es notablemente inferior, la resistencia interna que presenta es 175 ohmios frente a los 35 de la versión A. Nadie diría que pueda ser de utilidad para esta aplicación. Pero sorprendentemente según los autores se pueden usar indiferentemente sin afectar a la calidad de la imagen. Y desde luego que así es.

Aunque a estas alturas ya no se me ocurre poner en duda la palabra del amigo Buil, para saciar mi curiosidad, he querido meter el dedo en la llaga. Bueno, en realidad he metido el osciloscopio en la cámara.

En los siguientes cronogramas puede verse un resumen del resultado. Para ver un repertorio más detallado pulsar aquí. La pareja de cronogramas de la parte superior están obtenidos usando el MAX333A. En la mitad inferior tenemos los obtenidos con el MAX333.

Fig.7 Comparativa de fases según las genere el max333 o el max333A.

 Puede verse como los flancos de las señales V1 y V2 se redondean en el caso del MAX333, no obstante las dos señales se cruzan tanto en subidas como en bajadas. Éste es el principal requisito impuesto por el CCD.

En cuanto a las señales H1 y H2 se ven menos afectadas (la escala del oscilograma es 250ns, veinte veces más ampliada que para V1,V2). Esto se debe a que la carga capacitiva en las entradas V es muy superior a la de las H, (24Kpf frente a 0.1Kpf).

  

 

Obturador mecánico.

El CCD usado en esta cámara no dispone de obturador electrónico por lo que resulta bastante deseable añadir uno mecánico.

La cámara dispone de una salida auxiliar TTL para manejar un obturador, puede usarse este esquema para excitarlo.

Existen obturadores comerciales, la marca más conocida es Uniblitz, de gran calidad y bajo perfil. El modelo adecuado para la presente aplicación seria el VS45S2 pero su precio resulta prohibitivo: 600$. Existen otros fabricantes pero en cualquier caso siempre es necesaria una mecanización especial que los adapte a este tipo de cámaras.

Por estas razones la mayoría de los aficionados terminan construyendo uno casero basado en diferentes tipos de electroimanes. Se pueden sacar de un relé o de diferentes dispositivos electromecánicos. Comercialmente existen solenoides rotativos, los más fáciles de instalar, como por ejemplo el de la firma Daco. En la página de Audine se explica su montaje y desde la sección de enlaces se accede a más casos prácticos.

En el apartado CFS de estas páginas se expone un nuevo concepto de obturador que añade funciones de filtro.

 


AUDINE-LP

Audine de bajo perfil.

Mejoras.

Construcción del conector hermético.

Colocación del peltier, unión térmica y adaptador.

 

Cuando Christian Buil presentó la cámara en internet dijo que podía ser modificada y mejorada siempre en beneficio de los aficionados. Eso es lo que aquí se pretende para, basados en el trabajo anterior, seguir avanzando. Para muchos aficionados construir esta cámara supone disfrutar de un instrumento de precisión que de otra forma les resultaría prohibitivo económicamente.

 

 

Fig.9 Mediante una unión conica es fácil colocar diferentes adaptadores.

MEJORAS.

Mejoras mecánicas:

1- Perfil suficientemente bajo para permitir el paso de la cámara por la horquilla de un S/C de 8'' incluso con reductor de focal y rueda de filtros.

2- Recinto hermético de volumen mínimo al objeto de limitar la formación de escarcha. Cerrando la caja con una humedad relativa en el ambiente del 60%, el ccd permanece limpio de escarcha al menos hasta los -30ºC.

3- Sensor y electrónica independientes. Es fácil el cambio del sensor o de la electrónica .

4- Mecánica simplificada para facilitar su construcción sin maquinas especiales. Una versión previa de la caja requería el uso de torno, ahora para la única pieza cilíndrica, puede usarse un tapón de PVC de 50mm.

 

  Mejoras eléctricas:

1- Sensor de temperatura del CCD y del disipador así como medida de la tensión aplicada al peltier.

2- Módulo peltier bietapa

3- Alimentación del peltier entre 9v y 12v por lo que el requerimiento de +5v 3A pasa a ser de +9v 1.5A. Reducir la corriente requerida permite usar cables mas finos y largos además de no forzar los conectores.

 

 El esquema usado para diseñar el nuevo circuito impreso es compatible con el original, respetándose la numeración de los componentes originales aunque se han añadido algunos nuevos para medir la temperatura del ccd, la del disipador y la tensión del peltier.

En este esquema las líneas que van al CCD aquí pasan por un conector intermedio numerado U9. Este conector comunica con el sensor alojado en un pequeño adaptador circular de circuito impreso. Cambiando este adaptador podremos usar otros modelos de la familia KAF que tienen diferente patillaje.

Para alimentar la cámara se puede usar una sencilla fuente de alimentación.

  

CONSTRUCCIÓN DEL CONECTOR HERMETICO.

Pegar de los pines

El pegamento ideal es el Nural 21, seca suficientemente despacio y su rigidez dieléctrica es conocida.

Es necesario un trozo de aislante eléctrico del diametro adecuado para centrar los pines.

 

 

Fig.10 Centrado y pegado de los pines para formar el conector hermético.

Alargar los pines.

 

Fig.11 Alargando los pines de graping con tiras de pin cuadrado.

Sonda de temperatura de la caja.

  

Fig.12 Colocación de la sonda de temperatura de la caja.

 

 

COLOCACIÓN DEL PELTIER, UNION TERMICA Y ZOCALO DEL CCD.

El peltier y la unión térmica.

Fig.13 La sonda de temperatura embutida en la unión termica.

 

   

Fig.14 La conexión del peltier al zocalo de pin torneado se hace con dos pequeñas 'U' del hilo sobrante de los componentes.

 

Fig.15 Mirando desde los conectores exteriores, la conexión del peltier queda a la derecha. La unión térmica queda perpendicular a las uniones PN del peltier.

 

Preparación del adaptador circular.

   

Fig.16 Los pines macho-macho necesarios colocados en su sitio. Fig.17 Adaptador ya con los pines soldados.

 

Fig.18 Conexión de la sonda de temperatura de la unión térmica al adaptador.

 

Colocación del CCD.

 

Fig.19 El CCD en su sitio.

 

En el caso de instalarse un kaf1603, los tornillos de 2mm no pasan por el sensor. Es necesario agrandar los dos agujeros del ccd. Esta operación se realiza fácilmente con una dremel y una pequeña fresa de diamante.

 

Desde principios de 2004 existe en Yahoo un grupo en español dedicado a la construcción de esta Audine. Gracias a la colaboración de algunos miembros ha sido posible realizar una primera fabricación de diez unidades.

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