Vorwort

Das Thema "gekühlte WebCams" wurde in mehreren Foren sehr kontrovers diskutiert. Einerseits wird die Meinung vertreten, dass sich die aktive Kühlung einer "billigen" WebCam nicht lohnen würde - eigentlich schon die Modifizierung selber nicht, da sie niemals mit einer serienmäßig hergestellten CCD-Kamera mithalten könnte. Andererseits haben die Bilder gekühlter wie ungekühlter WebCams gezeigt, dass sie durchaus ihre Daseinsberechtigung haben. Insbesondere der günstige Preis machen sie für Anfänger und Fortgeschrittene (als z.B. GuidingCam) interessant und das nicht nur für Planeten/Mond.

Allgemeines

In der Vergangenheit habe ich verschiede Varianten an gekühlten WebCams konstruiert. Mein Ziel war es, eine möglichst kompakte aber dennoch leistungsfähige Kamera zu bekommen. Diese sollte zum einen mittels eines Peltierelements eine Temperaturdifferenz von ca. 30°C zur Umgebungstemperatur erreichen und zum anderen regelbar sein. Eine Luftkühlung kam allerdings nie in Betracht. Diese Art der Kühlung ist in meinen Augen für Langzeitbelichtung zu ineffizient. Als Grundlage diente mir immer

Bei meinen bisherigen Konstruktionen habe ich stets darauf verzichtet den CCD-Chip der WebCam auszulöten um diesen dann direkt zu kühlen. Dies hatte zwei Beweggründe. Zum einen ist das Auslöten mit gewissen Risiken verbunden, den ohne entsprechendes Werkzeug und Erfahrung kann bei einem Fehler die Zerstörung der Kamera/CCD-Chips die Folge sein und zum anderen ist die Fertigung - ohne auslöten - deutlich einfacher.

Nun könnte eingewendet werden, dass eine direkte Kühlung effizienter wäre. Dies ist natürlich nicht abzustreiten, allerdings haben Messungen von mir ergeben, dass trotz des minimalen Luftspaltes zwischen CCD-Chip und Platine und den Bauteilen auf der anderen Seite der WebCam nur eine Temperaturdifferenz von ca. 3,5°C entsteht, was meiner Ansicht nach vernachlässigbar ist (es kann ja die eingestellte Temperatur um den Differenzbetrag erhöht werden). Als netter Nebeneffekt dieser Art der Konstruktion ist, dass der CCD-Chip mit als letzter den Taupunkt unterschreitet und sich somit bis dato noch niemals Kondenswasser auf dem Chip gebildet hat. Im übrigen hat sich gezeigt, dass die WebCam-Platine im Allgemeinen gegenüber Tau sehr unanfällig ist.

Gekühlte WebCam mit manuellen Temperaturregler

Zur Temperatursteuerung meiner ersten Kamera habe ich einen Temperaturschalter im SMD-Design der Firma Conrad Elektronik genutzt. Dieser ist in der Lage, mit Hilfe eines Temperaturfühlers (im Kühlblock unterhalb der CCD-Platine eingebaut), eines Relais und einem Poti eine voreingestellte Temperatur zu halten. Zusätzlich kann auch die Hysterese - die Schwankungsbreite zwischen an und aus - eingestellt werden (diesen Bausatz gibt es leider so nicht mehr).

Die Elektronik der Kamera. Im linken Bild ist links oben das Relais zu sehen, welches die Kühlung aktiviert bzw. deaktiviert. Darunter dessen Steuerungsmodul und rechts das bereits erwähnte Poti. Unter dem Poti ist die WebCam-Platine und die SC2-Platine im SMD-Design (siehe hier).

Gekühlte WebCam mit Temperaturregler über ein LCD-Display

Aus den Erfahrungen mit der ersten gekühlten WebCam hat sich nun das unten gezeigt Design ergeben. Die Kühlung dieser CCD-Kamera kann nun mittels dreier Taster und einem LCD-Display geregelt werden. Es ist möglich die Temperatur nicht nur abzulesen, sondern auch auf das zehntel Grad genau einzustellen. Dies ermöglicht, dass Darkframes nicht immer wieder neu angelegt werden müssen, sondern immer wieder genutzt werden können.

Der Aufwand um die benötigten elektronischen Komponenten im begrenzten Gehäuse unterzubringen steigt. Auch bei dieser Kamera gibt es nur einen Port an der WebCam. Somit werden unnötige Kabel vermieden. In den 25-poligen Stecker zum Rechner hin wurde eine LED integriert, die die richtige Polung der Stromversorgung signalisiert.

Gekühlte WebCam mit separater Temperatursteuerung

Aufgrund der Enge des Gehäuses wurde bei dieser Kamera die Temperatursteuerung in einem separaten Gehäuse untergebracht. Dies führte zusätzlich zu einer Gewichtsreduktion und entlastet somit den Okularauszug. Auch ist es einfacher die Vorgabetemperatur direkt beim Computer einzustellen als an der Kamera.

Als Isolationsmaterial habe ich diesmal oben Styropor verwendet. Eine Veränderung im Kühlverhalten habe ich allerdings nicht festgestellt. Somit sollte die Isolierung mit Moosgummi vollkommen ausreichend sein.

Auf dem oberen Bild ist die Rückseite zu sehen. Der untere 25polige Anschluss führt zum Rechner und der obere zur Kamera. Das angeschlossene Kabel beinhaltet dann alle nötigen Leitungen, wie USB, Kamerasteuerung und Stromversorgung. Rechts ist ein separater Schalter zur Aktivierung der Kühlung welcher über eine Schmelzsicherung gesichert ist. Natürlich kann die Kamera auch ohne aktivierter Kühlung genutzt werden.

Das untere Bild zeigt die Temperaturanzeige und die Taster zur Einstellung der Kühltemperatur. Die Platine in der Mitte der Bilder ist eine einfache Relay-Platine zur Aktivierung bzw. Deaktivierung der Kühlung. D.h., wenn die vorgegebene Temperatur erreicht ist, schaltet sich die Kühlung ab und wenn diese wieder Überschritte ist wieder an. Dies ist zwar eine relativ einfache Lösung, reicht aber vollkommen aus.


Gekühlte WebCam mit ICX424 und Temperaturregler

Diese Kamera entstand aus dem Wunsch einer größeren Chipfläche und mehr Empfindlichkeit. Dieses wird durch den Austausch des CCD-Chips möglich. Die Basis dieser Kamera ist die weiter oben beschriebene gekühlte WebCam mit Temperaturregler über ein LCD-Display. Nicht realisiert wurde die Möglichkeit der Vorverstärkerdeaktivierung. Dies ist bei dem verwendeten Chip nicht nötig.

Links: Die Kamera selber mit M42-Adapter um eine einfache Adaption an verschiedenste Objektive zu ermöglichen. Auch diese Kamera wird über einen rückwärtigen 25poligen-Anschluss mit dem Rechner und der Stromversorgung angeschlossen.