DSI Pro Mods
Astronomische Fotometrie mit dem DSI Pro – Modifikationen für den Profieinsatz
Jeff Hopkins
Hopkins Phoenix Observatory
Phoenix, AZ
- September 2006
Zusammenfassung
Der farbige Deep Sky Imager (DSI) eignet sich nicht für die astronomische Filterfotometrie – der DSI Pro hingegen schon. Für ernsthafte Anwendungen sind jedoch einige einfache Modifikationen an der Kamera erforderlich.
Dazu gehören der Austausch des Filterschiebers durch ein Filterrad sowie der Einbau einer einfachen thermoelektrischen Kühlung (TEC). Mit diesen Erweiterungen ermöglichen der DSI Pro (und der DSI Pro II) professionelle astronomische Fotometrie selbst mit einem bescheidenen Teleskop und unter lichtverschmutzten suburbanen Bedingungen. Dieser Beitrag beschreibt diese Modifikationen und erläutert, was für BVRI-CCD-Fotometrie mit dieser Kamera benötigt wird.
Abbildung 1: Modifizierter DSI Pro am Meade 12” LX200 GPS-Teleskop
Obwohl CCD-Kameras für astronomische Zwecke bereits seit über einem Jahrzehnt verfügbar sind, wurden erschwingliche und benutzerfreundliche CCD-Geräte für den Amateurbereich erst in jüngerer Zeit auf den Markt gebracht. Zu den ersten gehörten Webcams.
Einige enthusiastische Nutzer modifizierten sie und erzielten überraschend hochwertige Ergebnisse. Webcams eignen sich am besten für hellere Objekte wie Planeten, den Mond oder Sonnenbeobachtungen. Für Deep-Sky-Aufnahmen müssen Webcams jedoch modifiziert werden – Schritte, die viele Amateure überfordern.
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Mit der Einführung des farbigen Deep Sky Imagers (DSI) durch Meade änderte sich dies: Nun konnte man Deep-Sky-Aufnahmen machen, ohne die Kamera umbauen zu müssen. Zudem ist die mitgelieferte AutoStar-Software der DSI-Serie hervorragend – allein ihr Wert rechtfertigt bereits den Kaufpreis der Kamera. Das Erlernen der Software erfordert zwar etwas Engagement, da ihre Qualität die Dokumentation bei Weitem übertrifft, doch lohnt sich der Aufwand.
Zwei Probleme verhindern jedoch den Einsatz des farbigen DSI für die Filterfotometrie: Erstens verfügt der CCD-Chip des farbigen DSI über integrierte RGB-Filter, wodurch es schwierig bis unmöglich ist, passende Filter zu finden, die mit dem standardisierten photometrischen System kompatibel sind. Zweitens – insbesondere in wärmeren Monaten – arbeitet die Kamera ungekühlt bei Umgebungstemperatur.
Kurz nach Veröffentlichung des farbigen DSI brachte Meade eine monochrome Version heraus: den DSI Pro. Dieser bietet eine solide Grundlage für seriöse CCD-Fotometrie. Da die Kamera monochrom ist, wird ein 4-Filter-Schieber für RGB-Filter mitgeliefert (die Filter selbst sind separat erhältlich). Der Vorteil externer Filter beim DSI Pro liegt in der höheren Empfindlichkeit und besseren Auflösung der monochromen Kamera.
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Zwar kann der mitgelieferte Filterschieber theoretisch auch für photometrische Filter verwendet werden, doch zeigt sich schnell, dass dies keine gute Idee ist: Photometrische Filter sind teuer, und der offene Schieber setzt sie Staub, Tau, Fingerabdrücken und Kratzern aus. Ein Filterrad ist deutlich besser geeignet, um die Filter sicher aufzunehmen und zu schützen.
Der erste Schritt besteht darin, den originalen Filterschieber-Halter durch eine flache Adapterplatte zu ersetzen – ähnlich jener, die beim farbigen DSI zum Einsatz kommt (siehe Abbildung 2). Dadurch entfallen die großen Öffnungen für den Schieber, und der Abstand zum CCD-Chip verringert sich. Solche Adapter können bei ScopeStuff unter http://www.scopestuff.com/ für 37 $ erworben werden.
Hinweis: Das originale 1,25”-Anschlussstück kann zwar weiterhin mit dem neuen Adapter verwendet werden, doch ist es besser, das Filterrad näher an der Kamera zu montieren, als es das Anschlussstück erlaubt.
Der Austausch des originalen Adapterhalters gegen die flache Adapterplatte ist sehr einfach: Vier kleine Kreuzschlitzschrauben halten den Adapter fest. Diese Schrauben sowie der originale Adapter werden entfernt und durch die flache Adapterplatte sowie neue, kürzere Schrauben ersetzt.
Wichtiger Hinweis: An den vier Ecken der Kamera befinden sich Sechskantschrauben. Diese halten das Gehäuse zusammen und dürfen für diese Modifikation nicht entfernt werden!
Abbildung 2: Originaler DSI Pro mit Filterschieber sowie flachem bzw. originalem Adapter
Nachdem die flache Adapterplatte am DSI Pro installiert wurde, folgt als nächster Schritt der Einbau eines Filterrads. Auf dem Markt sind verschiedene Modelle erhältlich – von weit unter 100 $ bis nahezu 1.000 $. Eine ausgezeichnete Kompromisslösung stellt das manuelle Filterrad von ATIK dar, ebenfalls bei ScopeStuff für 199 $ erhältlich. Das Filterrad ist hochwertig verarbeitet und fasst bis zu fünf 1,25”-Einschraubfilter.
Abbildung 3 zeigt die Kamera mit dem ATIK-Filterrad und einem F/3,3-Fokalreduzierer. Der Fokalreduzierer vergrößert das Gesichtsfeld des Sensors, was das Auffinden von Sternen sowie die Platzierung von Vergleichssternen im selben Bildfeld erheblich erleichtert.
Abbildung 3: Modifizierter DSI Pro mit Filterrad und F/3,3-Fokalreduzierer
Für die meisten fotometrischen Anwendungen müssen spezielle Filter verwendet werden. Die RGB-Filter des DSI Pro und DSI Pro II eignen sich nicht als photometrische Filter.
Für die CCD-Fotometrie stehen fünf gängige photometrische Filter zur Verfügung: Ultraviolett (U), Blau (B), Visuell (V), Rot (R) und Infrarot (I) – zusammen bekannt als UBVRI-System. Sofern Sie kein teleskopisches Instrument im Meterbereich planen, ist das U-Filter wenig sinnvoll, da der CCD-Chip des DSI Pro in diesem Spektralbereich kaum empfindlich ist. Konzentrieren Sie sich daher auf die Filter B, V, R und I.
Filter erhalten Sie bei verschiedenen Anbietern. Besonders preiswert bei guter Qualität sind die Sets von Astrodon: Ein kompletter BVRI-Filtersatz kostet dort 309 $. Weitere Informationen finden Sie unter „Schuler UBVRI Photometric Filters from Astrodon”: http://www.astrodon.com/products/product.cfm?CatID=4
Die Kameras der DSI-Serie nutzen eine passive Kühlung durch Umgebungsluft. Bei kühlen Nachttemperaturen arbeiten diese Geräte gut. Dennoch müssen Dunkelbilder erstellt und von jedem Einzelbild subtrahiert werden, um Hotpixel zu entfernen. In den Sommermonaten können die Temperaturen im Observatorium in Phoenix, Arizona, jedoch um Mitternacht nahezu 100 °F erreichen. Unter solchen Bedingungen funktioniert selbst die Subtraktion von Dunkelbildern nur unzureichend.
Die Idee, den DSI Pro aktiv zu kühlen, begann als Experiment mit dem Ziel, maximale Wirkung bei minimalem Kosten- und Modifikationsaufwand zu erzielen.
Hinweis: Diese Kühlmodifikation lässt sich bei allen Kameras der DSI-Serie einsetzen. Neben der Reduzierung des Dunkelstroms steigert die Kühlung zudem die Empfindlichkeit der Kamera.
Die einfachste Methode zur Kühlung des CCD-Chips besteht im Einsatz eines thermoelektrischen Kühlers (TEC). TECs sind faszinierende Bauteile: Sie bestehen aus einer Halbleiterschicht zwischen zwei Metallplatten. Legt man eine Gleichspannung an, erwärmt sich eine Platte, während die andere gekühlt wird. Die erzeugte Wärme- bzw. Kälteleistung kann dabei überraschend hoch sein.
Beim Experimentieren ist jedoch Vorsicht geboten, um eine Überhitzung zu vermeiden. Ein Kühlkörper auf der heißen Seite ist unerlässlich. Zudem muss auf beiden Plattenseiten Wärmeleitpaste aufgetragen werden, um einen effizienten Wärmeübergang zu gewährleisten.
Manche werden bemängeln, dass weder eine Temperaturregelung noch ein Sensor vorhanden sind. Zwar ließen sich solche Komponenten nachrüsten, doch会增加 dies die Komplexität unnötig.
Das Fehlen einer Regelung stellt kein Problem dar: Lässt man die Kamera bei eingeschalteter Kühlung 15 bis 30 Minuten laufen, stabilisiert sich die Temperatur von selbst. Der exakte Temperaturwert ist dabei nicht entscheidend. Sobald das System stabilisiert ist, sollten neue Dunkelbilder für die jeweilige Nacht aufgenommen werden. Dieses Verfahren hat sich in der Praxis bewährt.
Für die benötigten Teile empfehle ich Folgendes:
- 40-mm-TEC, Teilenummer PJT-7 @ 14,75 $
- 12-VDC-Netzteil, 3,5 A, Teilenummer PS-1231 @ 15,85 $
- Kühlkörper mit 12-VDC-Lüfter, Teil
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