Refroidissement de la QuickCam

Modifications de P. Ryczek
Modifications de S. Weiller
Modifications d'Orion83


Le bruit d'origine thermique empèche à la QuickCam des poses supérieures à environ 4-5 secondes, il faut donc refroidir le capteur CCD de la QuickCam pour tenter un peu de ciel profond. Il existe plusieurs solutions de refroidissement du capteur, glace, Azote, CO2, modules à effet Peltier etc... La solution la moins onéreuse et la plus pratique sur le terrain est sans doute le refroidissement par Module à effet Peltier. Ce sont des modules thermo-électriques, dans lesquels le froid est produit par déplacement d'électrons dans des modules semiconducteurs. Le froid produit du côté endothermique du module s'accompagne d'une augmentation de chaleur du côté exothermique, il faut donc impérativement évacuer efficacement les calories produites à l'aide d'un radiateur surdimensionné, épaulé éventuellement par un ventilateur.

Le prix de ces modules étant assez élevé, une bonne solution est d'acheter une glacière de voiture 12V, d'en récupérer le(s) module(s) Peltier, ainsi que les radiateurs et ventilateurs.

On trouve ce genre de glacière pour la modique somme de 299F chez Norauto.

Après avoir avoir dépouillé la glacière, on récupère un module Peltier de 40x40mm (consommation 3.5A sous 12V), un radiateur de 140x120 en Alu, un radiateur de 100x100 en Alu, un bloc d'alu de 40x40x40, la pate thermique, un ventilateur de 80x80 12V, une thermistance de sécurité, les cables d'alimentation, une prise allume-cigare avec 3m de cable et... une glacière en piteux état :-)

Le montage qui suit a été réalisé sur une QuickCam Color 2, dont le capteur CCD, un Texas TC236P couleur, a été remplacé avantageusement par un TC237 (le capteur utilisé dans la caméra Kitty 237 de Bernard Dalstein), modèle identique mais noir et blanc (en réalité la doc Texas est fausse, et les broches 5 et 6 sont inversées, soit OUT1 et OUT2, mais cela ne gène en rien le fonctionnement de la QuickCam, les images réalisées le prouvent), plus performant en faible lumière et de meilleure résolution que le capteur couleur (à cause des 3 pixels nécessaires pour former l'image couleur). Attention, il n'est pas possible de remplacer ce capteur sur une QuickCam VC ou pro, leur capteur n'ayant pas d'équivalent noir et blanc. On peut encore trouver des Color 2 aux surplus américains (voir adresses).

TC236P
TC236P (couleur)
TC237
TC237 (noir et blanc)

Le but étant d'utiliser tout ce qui peut être récupéré, le bloc d'alu sera réusiné de la façon suivante :

ceci afin de pouvoir insérer au-dessus du doigt fin le capteur CCD, celui-ci étant monté sur un support tulipe modèle Shrink (au pas de 1.78mm, Réf. Radiospares 187-2272, prix 43F)

Le second radiateur étant de 100x100mm, on pourra exploiter l'idée du boîtier étanche proposé par Bernard Dalstein pour sa caméra Kitty et provenant d'une boîte de dérivation électrique IP65 (étanche à l'humidité). Cette boîte de taille 100x100x60 se trouve dans tous les magasins de bricolage au rayon électricité (on s'en serait douté :-). Une fois tout le montage enfermé dans le boîtier, on paufinera l'étanchéité grâce à du joint silicone (type Rubson), utilisé dans les salles de bains.

Tous les orifices, trous et vis de fixation, ouvertures pour le Peltier devront être colmatés avec le joint. L'ouverture destinée à la visée du CCD sera obturée par un hublot en verre, récupéré sur un filtre UV ou Skylight spécial photo (plus petit diamètre 36mm, environ 40F) dont l'étanchéité sera là encore réalisée en utilisant du joint autour du hublot.

Le CCD est fixé au doigt fin d'Alu grâce à deux vis montées sur deux plaques Epoxi récupérées sur un vieux circuit imprimé. Surtout ne pas oublier la pâte thermique à étaler entre le CCD et le bloc d'Alu, ceci pour garantir le parfait transfert thermique. On distingue le support Shrink au pas de 1.778mm. Ce support permet non seulement un écartement entre le capteur et le circuit imprimé (pour y glisser le doigt fin), mais protège également les pattes du CCD d'un court-circuit avec l'Alu.

Le radiateur sera monté sur le module à effet Peltier (ne pas oublier la pâte thermique entre les deux) à l'extérieur du boîtier, ceci pour garantir l'évacuation complète de la chaleur produite par le Peltier, et ne pas interférer sur la production de froid à l'intérieur du boîtier. Isoler le radiateur du bloc d'Alu par des vis en Nylon, ou des entretoises isolantes. Le ventilateur livré avec la glacière garantira une parfaite élimination des calories.

On pourra placer la sonde d'un petit thermomètre électronique (60F) sur le bloc d'Alu pour contrôler la température sur le CCD.

On distingue sur cette image les résidus du joint silicone, c'est assez disgracieux, mais ô combien efficace pour préserver l'étanchéité du boîtier.

Pour s'assurer de la parfaite isolation contre l'humidité et ainsi éviter tout givre sur le CCD, on placera des petits sachets de Silicagel qui absorberont toute trace de vapeur d'eau.

Le montage est terminé, on refermera le couvercle du boîtier en soufflant de l'air sec (bombe d'air sec ou sèche-cheveux) à l'intérieur jusqu'à la fermeture.

Les premiers essais à température ambiante donnent les résultats suivants :

Un premier essai a consisté à prendre deux images dans le noir (Dark), de pose identique de 30 secondes. La première image caméra non-refroidie, soit 34.4°C (ben oui c'est l'été !), la seconde après 10 minutes de refroidissement, soit 10.3°C sur le CCD (alimentation du Peltier en 12V pour une consommation de 3.5A). Les résultats sont les suivants, les deux images noires ont volontairement été éclaircies pour faire ressortir le bruit d'origine thermique :


A gauche, à 34°C - A droite à 10°C

Les images parlent d'elles-mêmes...

On peut dès lors procéder à des essais grandeur nature sur le ciel profond

Les images qui suivent ont été réalisées à 25km de Paris, en ville, au foyer d'une lunette Fluorite de 102mm à F/D=8. Température sur le capteur : 1.5°C, quelques passages nuageux, turbulence moyenne. Aucun Dark ni Flat n'ont été effectués.

Cliquez sur les images pour les agrandir :

Cliquez ici ALBIREO

9 poses de 5secondes.
Des étoiles plus faibles que la magnitude 12 apparaissent

Cliquez ici MIZAR - ALCOR

Une seule pose de 5secondes.
La petite étoile en haut à droite est de magnitude 7.59

Cliquez ici M13

2 (deux !) poses de 5 secondes.
Dommage qu'il n'y ait pas eu plus de poses sur cet objet ! Ca promet pour la suite...

Vous trouverez de nombreuses autres images en mode refroidi dans la galerie.

Désirant pousser la QuickCam dans ses derniers retranchements, des images de nébuleuses et galaxies ont été tentées.

Ces images ont été réalisées depuis le col de Chavade, en Ardèche, à 1300m d'altitude, au foyer de la lunette Fluorite de 102mm à F/D=8. Température sur le capteur : -6°C, ciel bien noir, atmosphère très pure, très faible turbulence. Aucun Dark ni Flat n'ont été effectués.

Cliquez ici M27 - Nébuleuse Dumbell

40 poses de 5 secondes ont été effectuées en mode refroidi.
On aperçoit très faiblement une des anses de la nébuleuse, mais le bruit est très conséquent.

Cliquez ici M51 - Galaxie des Chiens de chasse

50 poses de 5 secondes avec refroidissement.
Seuls les bulbes centraux de M51 et de son satellite apparaissent.

Pour comparaison, à gauche, une image réalisée par B.Daversin en région parisienne, à l'aide d'une lunette identique (Taka Fluo 102), avec une caméra CCD Starlight Xpress HX516, en 8 poses de 2 minutes. On ne peut pas lutter !!!

Conclusion

Les essais réalisés avec cette caméra en mode refroidi sont très intéressants sur tous les objets ponctuels, tels les amas ouverts, globulaires, étoiles doubles ou variables, ainsi que les astéroïdes. Avec la lunette Fluorite de 102mm, la magnitude 13.5 est atteinte sous un ciel clément. En une seule pose de 5 secondes, la magnitude 12 est accessible. On peut donc envisager des travaux avec la QuickCam, comme la surveillance d'étoiles variables ou doubles, astrométrie d'astéroïdes etc...

Néanmoins, il faut se rendre à une évidence : sur tous les objets faibles et nébuleux, rien ne sort, le temps de pose de 5 secondes est bien trop court pour impressionner quoi que ce soit sur le capteur, il faudrait pouvoir modifier le logiciel afin de faire en sorte que la caméra ne composite plus les images sur des temps de poses supérieurs à 5 secondes.

Il faut tout de même se consoler en pensant que la caméra refroidie n'est revenue qu'à environ 1500F, capteur noir et blanc et refroidissement compris, et que pour ce prix, de nombreuses applications sont possibles, et, en tout état de cause, c'est un très grand plaisir que de voir apparaître sur l'écran de l'ordinateur des étoiles aussi faibles et ce, pratiquement en temps réel (le rafraichissement avec la pose de 5 secondes et la lecture de la zone mémoire est d'un peu moins de 10 secondes).


Modifications de P. Ryczek

Même principe que précédemment, refroidissement par module Peltier, à la différence que le CCD ne se trouve plus sur le circuit imprimé mais pris en sandwich entre 2 plaques dont une en Alu. Plus d'infos sur le site de P. Ryczek.



images
P. Ryczek


Modifications de S. Weiller

Prendre un can de soda. Percer le fond d'un trou de diamètre 1"1/4. Couper la partie du dessus qui est étroite et faire avec une cisaille de petites coupures tout autour a 1cm d'écart. Rabattre a la pince pour des raisons de sécurité (bord très coupant). Récuperer un couvercle ou un fond de bouteille plastique etc et pratiquer un trou pour le passage du cable USB.
Passer la QCam, mettre un peu de mousse pour rembourrer et scotcher le couvercle plastique. La QCam peut rester ainsi indéfiniment. A l'utilisation placer le cooler.


Test du système :
a)  Dark frames avec et sans cooler

b) Images de mars avec et sans cooler. L'image Control est plus belle (- de turbulence a ce momment là) mais on remarque quelques pixels chauds absents sur l'image refroidie dans les mêmes conditions d'exposition.


Modifications d'Orion83

Une idée très originale de refroidissement : récupérer une recharge de CO2 (utilisée sur les fusils de jeu de Paintball), et diffuser un léger flux de CO2 sur l'arrière du capteur CCD (dans le cas précis, c'est une QuickCam VC). Ce montage a l'énorme avantage de ne nécessiter aucun dessoudage du capteur. Plus d'infos sur le site d'Orion.



Images
Orion83


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