DSI Pro 模組
使用 DSI Pro 進行專業天文測光
Jeff Hopkins
Hopkins Phoenix Observatory
7812 West Clayton Drive
Phoenix, AZ 85033
phxjeff@hposoft.com
2006 年 9 月 5 日
摘要
彩色 Deep Sky Imager（DSI）無法用於天文濾鏡測光，但 DSI Pro 可以。要進行嚴謹的觀測工作，需對相機進行一些簡單的改裝。這些改裝包括將濾鏡滑座替換為濾鏡輪，並加裝一個簡易的熱電冷卻器（TEC）。經過這些改裝後，DSI Pro（以及 DSI Pro II）便能搭配中小型望遠鏡，即使在光害嚴重的郊區環境中，也能執行專業級的天文測光。本文將說明這些改裝方法，以及使用該相機進行 BVRI CCD 測光所需的各項配備。
圖 1：改裝後的 DSI Pro 安裝於 Meade 12” LX200 GPS 望遠鏡上
雖然專用於天文觀測的 CCD 相機問世已超過十年，但直到近期才出現價格親民且易於操作的 CCD 設備，供業餘天文愛好者使用。最早期的這類設備之一是網路攝影機。有些玩家自行研究並加以改裝，獲得了令人驚訝的高品質成果。網路攝影機最適合拍攝較亮的天體，例如行星、月球和太陽；但若要用於深空攝影，則必須進行改裝，而這些改裝對許多業餘愛好者來說過於複雜。Meade 推出彩色 Deep Sky Imager（DSI）後，情況就此改變。如今，無需改裝相機即可進行深空攝影。此外，隨 DSI 系列附贈的 AutoStar 軟體表現優異，單憑這款軟體就值回相機票價。不過，由於軟體功能遠比說明文件豐富，使用者仍需投入時間學習。
彩色 DSI 無法用於濾鏡測光，主要有兩個原因。首先，彩色 DSI 的 CCD 感光元件內建 RGB 濾鏡，難以找到能與標準測光系統匹配的額外濾鏡。其次，相機未具備冷卻功能，僅能在環境溫度下運作；這點在較溫暖的月份尤其成問題。
彩色 DSI 上市不久後，Meade 隨即推出了單色版本——DSI Pro。DSI Pro 為從事嚴謹的 CCD 測光提供了良好的起點。由於是單色相機，因此隨附一個可容納四片 RGB 濾鏡的滑座（濾鏡需另行購買）。使用 DSI Pro 搭配外接濾鏡的優點在於：單色相機具有更高的靈敏度與解析度。雖然原廠附贈的濾鏡滑座可用來放置測光濾鏡，但很快就會發現這並非理想做法。測光濾鏡價格昂貴，而滑座設計為開放式，容易使濾鏡暴露於灰塵、露水、指紋和刮痕之中。相比之下，濾鏡輪是保護與固定濾鏡的更佳選擇。
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第一步是將濾鏡滑座替換為低剖面轉接板（類似彩色 DSI 所使用的款式），如圖 2所示。此舉可消除滑座進出的大型開口，並縮短與 CCD 感光元件之間的距離。這類轉接板可向 ScopeStuff 購買，網址為 http://www.scopestuff.com/，售價 37 美元。
注意：原廠的 1.25” 接筒仍可與新轉接板搭配使用，但最好將濾鏡輪盡可能靠近相機安裝，而非受限於接筒的距離。
將原廠滑座轉接器替換為低剖面轉接板的過程非常簡單。共有四顆小型十字頭螺絲負責固定轉接板。只需卸下這些螺絲與原廠轉接器，再換上低剖面轉接板與新的较短螺絲即可。
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注意：相機四角另有四顆六角頭螺絲，用於固定相機外殼。進行此項改裝時，切勿拆卸這些螺絲。
圖 2：原廠 DSI Pro 配備濾鏡滑座及低剖面／原廠轉接板
在 DSI Pro 上安裝好低剖面轉接板後，下一步便是加裝濾鏡輪。市面上有多種選擇，價格從不到 100 美元到接近 1,000 美元不等。其中極具性價比的選擇是 ATIK 手動濾鏡輪，同樣可在 ScopeStuff 購得，售價 199 美元。該濾鏡輪做工紮實，最多可容納五片 1.25” 螺入式濾鏡。圖 3展示了安裝 ATIK 濾鏡輪與 F/3.3 焦長減縮鏡後的相機。使用焦長減縮鏡的目的是擴大成像視野，使尋找目標恆星及將比較星納入同一視野變得更加容易。
圖 3：改裝後的 DSI Pro 配備濾鏡輪與 F3.3 焦長減縮鏡
進行大多數測光工作時，必須使用專用濾鏡。DSI Pro 與 DSI Pro II 隨附的 RGB 濾鏡並不適合用作測光濾鏡。CCD 測光通常可使用五種標準測光濾鏡，雖有其他類型，但這五種最為常見，分別為：紫外線（U）、藍色（B）、可見光（V）、紅色（R）與紅外線（I），合稱 UBVRI。除非您計劃使用口徑達公尺等級的望遠鏡，否則 U 濾鏡價值不大，因為 DSI Pro 的 CCD 在該波段靈敏度不足。建議僅使用 BVRI 四種濾鏡。
有多處可購買濾鏡。Astrodon 提供價格最實惠且品質優良的濾鏡組，一套 BVRI 濾鏡售價 309 美元。詳情請參閱：Schuler UBVRI Photometric Filters from Astrodon
DSI 系列相機採用環境冷卻方式。在夜間氣溫較低時，這些設備表現良好。然而，仍須製作暗場影像並從每張影像中減去，以消除熱像素。但在亞利桑那州鳳凰城的夏季，午夜時分觀測站溫度可高達華氏 100 度。在此類高溫下，即使減去暗場影像，效果也不理想。
為 DSI Pro 加裝冷卻系統最初是一項實驗，旨在以最低成本與最少改動測試可行性。
注意：此冷卻改裝方案適用於所有 DSI 系列相機。除了降低暗電流外，冷還能提升相機的靈敏度。
冷卻 CCD 最簡便的方式之一是使用熱電冷卻器（TEC）。TEC 是一種迷人的裝置，由夾在兩片金屬板之間的半導體層構成。當在兩板之間施加直流電壓時，一側會變熱，另一側則降溫。其產生的加熱與冷卻效果往往令人驚訝。實驗時務必小心，避免設備過熱。熱側必須安裝散熱片，且兩片金屬板表面均需塗抹導熱膏，以確保熱量與冷能有效傳遞。
有人可能會指出，此設計未包含溫度調節機制或感測器。這些固然可以加裝，但會增加系統複雜度。實際上，缺乏溫度調節並非問題。只要讓相機通電並啟動冷卻運行 15 至 30 分鐘，溫度便會穩定。確切溫度數值並不重要。待設備穩定後，當晚即應重新拍攝新的暗場影像。此方法成效良好。
針對所需零件，建議如下：
- 40 mm TEC，型號 PJT-7，售價 14.75 美元
- 12 VDC 3.5 A 電源供應器，型號 PS-1231，售價 15.85 美元
- 附 12 VDC 風扇的散熱片，型號
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