Un problema intrinseco legato al funzionamento dei CCD, così come per ogni altro dispositivo allo stato solido, è quello del rumore termico. A causa dell'agitazione termica si liberano degli elettroni che si aggiungono a quelli generati dall'irraggiamento luminoso. Questi elettroni non si distribuiscono uniformemente nell'immagine, ma a causa di disuniformità costruttive, ad una data temperatura, danno luogo ad un'immagine caratteristica che essendo indipendente dalle condizioni di illuminazione della superficie del CCD si dice "immagine di buio".
Pochè il numero di elettroni che si liberano per effetto termico dipende pesantemente dalla temperatura e, come dichiarato dai fabbricanti, raddoppia per ogni incremento di 6-7°C ed è scarsamente rappresentabile da un processo lineare, l'immagine di buio varia al variare della temperatura e diviene un disturbo assai grave per temperature del sensore superiori a 5-10°C.
Inoltre tale fenomeno, rende poco ripetibili le sedute di ripresa, qualora la camera CCD manchi di un accurato ed affidabile sistema di refrigerazione che consenta il controllo della temperatura. In questi casi non ci si può affidare al supporto di una ventola per il raffreddamento della porzione metallica esterna della camera che corrisponde a quella del lato caldo della cella peltier normalmente utilizzata per il raffreddamento del sensore. Tale supporto risulta fortemente dipendente dalla temperatura dell'aria ambiente che può subire notevoli variazioni stagionali ed anche giornaliere. Tale variazione rispecchia quella operativa del CCD generando immagini la cui qualità può variare notevolmente.
Un notevole miglioramento si ottiene utilizzando un sistema di refrigerazione a circolazione di liquido, mediante il quale è possibile minimizzare le variazioni termiche al miglior livello di qualità. La temperatura dell'acqua deve essere mantenuta tra i 6 ed i 12°C, poiché scendendo a valori piú bassi si possono avere problemi di condensazione del vapore atmosferico su tutte le parti della camera e sull'ottica. La temperatura viene tenuta costante per lungo tempo a causa dell'elevata capacità termica dell'acqua e viene abbassata mediante l'impiego di una certa quantità di ghiaccio.
La struttura di un tale sistema di refrigerazione è illustrata
in figura 1.
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Figura 1. Struttura di un sistema di refrigerazione del CCD a circolazione di liquido. Un recipiente atermico, per minimizzare la predita di calore a questo livello dell'acqua in esso contenuta (12-15 l) contiene pure lo scambiatore realizzato mediante una serpentina di tubo di rame di 6mm di diametro esterno lunga 6-7m. Qui il liquido refrigerante - comune liquido per radiatori d'auto - si raffredda a contatto con l'acqua, mantenuta a temperatura di 7-10°C per mezzo di un'opportuna quantità di ghiaccio. Il liquido di refrigerazione è contenuto in un serbatorio posto al di sopra del recipiente. La circolazione è garantita da una piccola pompa per tergicristallo d'auto, alimentata a 6-8V. Le connessioni ed il trasporto del liquido alla camera CCD sono realizzate con un tubo assai flessibile in gomma di 6mm di diametro esterno con una luce interna di 3-4mm. la lunghezza complessiva di questo tubicino può arrivare a 10-12m e le sezioni di andata e ritorno verso la camera CCD sono tenute unite per mezzo di fascette serracavo in nylon - si faccia attenzione a non strozzare il condotto. |
Il raffreddamento dell'acqua all'interno del contenitore viene fatto inserendo un tank (da 1.5-2 litri) di ghiaccio - io utilizzo un contenitore vuoto da 100 fazzolettini umidificati per la pulizia igienica dei neonati, in precedenza riempito di acqua e posto nel freezer. In tal modo il processo di scioglimento del ghiaccio viene rallentato e si garantisce una costanza della temperatura dell'acqua all'interno del contenitore durante tutta la seduta di osservazione.
Nelle figure 2-4 viene mostrato il sistema da me realizzato ed utilizzato
per la refrigerazione della camera CCD Hi-SIS 22.
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| Figura 2. Il sistema da me realizzato ha utilizzato un recipiente atermico per alimenti ed un serbatoio di liquido per tergicristalli con pompetta incorporata sottratto ad una vecchia Golf. Da un contenitore di pellicole 35mm ho ricavato il piccolo scatolotto che contiene le connessioni dei cavetti elettrici del motorino della pompa e la presa per l'alimentatore dc esterno. | Figura 3. Il recipiente aperto mostra lo scambiatore di calore realizzato con una serpentina appositamente costruita avvolgendo, in due riprese, del tubo di rame da 6mm attorno ad un cilindro di legno di 6cm di diametro utilizzato per lo scopo. | Figura 4. Lo scambiatore mostrato in maggior dettaglio. Si nota la fascetta in nylon che blocca e tiene stretta la serpentina. |
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Enrico Prosperi -- Email:
e.prosperi_at_alice.it Professore di Elettronica e Telecomunicazioni Istituto Tecnico Industriale "Silvano Fedi" - via Panconi 39 - 51100 Pistoia - Italy |
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Note tecniche |
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