Maksymalny, bezpieczny stopień schładzania kamery

Celem badania było sprawdzenie do jak niskiej temperatury względem otoczenia można schłodzić chip CCD aby kamera nie miała problemu z utrzymaniem zadanej temperatury a ewentualne jej wahania nie wpływały na wykonywane klatki. Ponieważ z temperaturą związany jest prąd ciemny, który jest zbędną wadą (podrozdz. 3.0.2), obniżając ją zmniejsza się jednocześnie prąd ciemny i polepsza jakość ekspozycji.

Badania wykonano w temperaturze otoczenia $T_{ot_1}\approx+10^{\circ}$C oraz $T_{ot_2} \approx +16,5^{\circ}$C. Chip CCD był schładzany o $20^{\circ}$C, $25^{\circ}$C i $30^{\circ}$C poniżej aktualnej temperatury otoczenia. Średnia moc chłodzenia kamery wynosiła odpowiednio: 50%, 66%, 84% (w pierwszym przypadku) oraz 54%, 74%, 96% (w drugim). W każdej z powyższych temperatur wykonano jednym ciągiem po 15 klatek ciemnych, każda o czasie ekspozycji $t=120$ s, co dawało ok. 33 minuty pracy kamery w danej temperaturze. Każdą serię klatek rozpoczynano po ustabilizowaniu się zadanej temperatury, co trwało ok. 10 minut. W czasie wykonywania ekspozycji występowały drobne wahania temperatury, których maksymalna amplituda wynosiła $0,44^{\circ}$C.

Aby stwierdzić czy klatki różnią się między sobą, usunięto z nich offset a następnie zbadano wartość prądu ciemnego w wybranym, pojedynczym pikselu na każdej klatce. Pomiarami objęto piksele populacji II oraz gorące piksele. Wyniki przedstawiono w postaci wykresów (rys. 3.11 i 3.12). W idealnym przypadku wartość prądu ciemnego nie powinna się zmieniać. W rzeczywistości obserwuje się jego nieznaczne wahania wokół pewnej średniej wartości, które związane są z niewielką niestabilnością temperaturową ($0,44^{\circ}$C) i występowaniem szumów. Na wyznaczone niepewności pomiarowe składają się wyliczone teoretycznie: szum odczytu ($15 e^{-}$) oraz szum prądu ciemnego. Niepewności pomiarowe oznaczono na wykresach pionowymi kreskami. Jak widać tylko pojedyncze punkty odbiegają od średniej w sposób znaczący. Biorąc pod uwagę powyższe fakty można wnioskować, że odchyłki punktów od prostej mieszczą się w ramach przyjętych niepewności pomiarowych. To oznacza, że kamera CCD-ST7 potrafi utrzymać zadaną temperaturę z dokładnością, która zapewnia wykonywanie klatek w temperaturze $20^{\circ}$C, $25^{\circ}$C i $30^{\circ}$C poniżej temperatury otoczenia. Prawdopodobnie osiągnięcie jeszcze niższych temperatur mogłoby być kłopotliwe, ponieważ badanie przy $T_{otocz.}=+15^{\circ}$C i $T_{chipa}=-15^{\circ}$C, wymagało od kamery 96% mocy chłodzenia. Interesujące jest, że przy tej samej różnicy temperatur ale $T_{otocz.}=+10^{\circ}C$ kamera potrzebowała tylko 84% mocy chłodzenia. Może to oznaczać, że chłodzenie chipa jest znacznie prostsze w zimniejszym otoczeniu.

Wniosek końcowy: kamerę CCD-ST7 można schładzać do $30^{\circ}$C poniżej temperatury otoczenia.