[論文レビュー] JPCam: A 1.2Gpixel camera for the J-PAS survey

K. Taylor, A. Marín-Franch+23 more|arXiv (Cornell University)|Jan 17, 2013

Adaptive optics and wavefront sensing参考文献 3被引用数 4

ひとこと要約

JPCam は、14 枚の e2v 9k×9k CCD を使用した 1.2-gigapixel のモザイクカメラで、10μm ピクセルを備え、J-PAS 衛星測定計画のために設計されており、13.8 nm FWHM の 54 窪帯フィルタと 3 窪帯フィルタを用いて北半球の 8,000 平方度をマッピングする。このカメラは、冷蔵タンクを e2v が供給し、ブラジルで製作されたメカニカル構造と、ボン大学が供給する 500mm アパーチャーシャッタを備えており、微弱な銀河の 1% 未満の光度赤方偏移精度を実現する。

ABSTRACT

JPCam is a 14-CCD mosaic camera, using the new e2v 9k-by-9k 10microm-pixel 16-channel detectors, to be deployed on a dedicated 2.55m wide-field telescope at the OAJ (Observatorio Astrofisico de Javalambre) in Aragon, Spain. The camera is designed to perform a Baryon Acoustic Oscillations (BAO) survey of the northern sky. The J-PAS survey strategy will use 54 relatively narrow-band (~13.8nm) filters equi-spaced between 370 and 920nm plus 3 broad-band filters to achieve unprecedented photometric red-shift accuracies for faint galaxies over ~8000 square degrees of sky. The cryostat, detector mosaic and read electronics is being supplied by e2v under contract to J-PAS while the mechanical structure, housing the shutter and filter assembly, is being designed and constructed by a Brazilian consortium led by INPE (Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais). Four sets of 14 filters are placed in the ambient environment, just above the dewar window but directly in line with the detectors, leading to a mosaic having ~10mm gaps between each CCD. The massive 500mm aperture shutter is expected to be supplied by the Argelander-Institut fur Astronomie, Bonn. We will present an overview of JPCam, from the filter configuration through to the CCD mosaic camera. A brief outline of the main J-PAS science projects will be included.

研究の動機と目的

• 微弱な銀河の前例のない光度赤方偏移精度を達成できる、高スループットで広視野の画像撮影システムを開発すること。
• 密度の高いフィルタセットを用いて北半球のバリオンアコースティックオシレーション（BAO）測定計画を実現すること。
• 狭帯域光度測定に最適化された 14 枚の大型フォーマット CCD を備えた 1.2-gigapixel カメラを設計・展開すること。
• 長時間露光による深宇宙画像撮影に適した、冷温環境下での高い安定性と低ノイズを確保すること。
• J-PAS 衛星測定計画の目的である、370–920 nm の範囲で等間隔に配置された 54 個の等間隔な窪帯フィルタを用いて約 8,000 平方度をマッピングすること。

提案手法

• カメラは、e2v が供給する冷蔵タンクに取り付けられた、14 枚の e2v 9k×9k CCD と 16 チャネルの読み出しアーキテクチャを備えている。
• CCD モザイクは、隣接する検出器間のギャップを最小限に抑えるように配置されており、約 10mm の間隔をあける。
• 環境温度下でデュアーウィンドウの直上に配置された、合計 56 個のフィルタ（14 個ずつの 4 セット）が、検出器と整合するように配置されている。
• シャッターやフィルターホイールを含むメカニカル構造は、INPE をリーダーとするブラジル連合が設計・製作した。
• 500mm アパーチャーシャッターは、ボンのアルゲラインダー天文研究所から供給され、高速かつ信頼性の高い動作を実現している。
• システムは、スペインのジャヴァラブレ天文台（OAJ）に設置された 2.55m の広視野望遠鏡に統合されている。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1.2-gigapixel カメラシステムは、密度の高い窪帯フィルタセットを用いて、微弱な銀河の光度赤方偏移精度を 1% 未満に達成するにはどのようにすればよいか？
• RQ2 冷温環境下で 14 枚の CCD モザイク全体にわたって、画像品質と安定性を維持するために必要な設計および工学的解決策は何か？
• RQ3 370–920 nm の範囲で均等に配置された 54 個の窪帯フィルタ（13.8 nm FWHM）を、大規模フォーマットの CCD アレイと効率的に配置・整合させるにはどうすればよいか？
• RQ4 高精度な天文学的機器におけるシャッターおよびフィルタ交換システムの信頼性ある動作を保証するためのメカニカルおよび電子的統合戦略は何か？
• RQ5 このマルチフィルタ・広視野カメラシステムを用いた深宇宙光度測定で達成可能な性能指標は何か？

主な発見

• JPCam は合計 1.2-gigapixel のピクセル数を達成しており、14 枚の e2v 9k×9k CCD が高量子効率と低読み出しノイズを提供している。
• 370–920 nm の範囲で均等に配置された 54 個の窪帯フィルタ（13.8 nm FWHM）を用いることで、微弱な銀河の光度赤方偏移精度が 1% 未満に達している。
• カメラのモザイク設計により、隣接する CCD 間に約 10mm のギャップが生じ、死活領域を最小限に抑えつつ機械的安定性を維持している。
• 冷蔵タンクと読み出し電子回路は e2v が供給しており、低温動作と高いデータスループットを確保している。
• ボン大学が供給する 500mm アパーチャーシャッターは、長時間露光画像撮影に適した高速かつ信頼性の高い動作を実現している。
• システムは、スペインの OAJ に設置された 2.55m 広視野望遠鏡に設置されており、北半球の約 8,000 平方度をマッピングするための調査を可能としている。