[論文レビュー] The Acquisition Camera System for SOXS at NTT

Anna Brucalassi, A. Araiza-Duran+48 more|Research at the University of Copenhagen (University of Copenhagen)|Sep 5, 2018

Astronomy and Astrophysical Research参考文献 7被引用数 5

ひとこと要約

本論文では、ESO NTT望遠鏡に設置される新しい分光計SOXS用の取得カメラシステム（CAM）の設計および性能解析を提示する。CAMは、3.5×3.5弧分の視野、0.205弧秒/ピクセルのサンプリング、20秒間でr′ ≈ 20.4までの限界等級を達成するコンactな光学配置を備え、最適化されたスループットと像質により、SDSSバンド全域でSNR=10を達成する。これにより、高精度な標的取得、補助ガイド、科学的画像撮影が可能となる。

ABSTRACT

SOXS (Son of X-Shooter) will be the new medium resolution (R$\sim$4500 for a 1 arcsec slit), high-efficiency, wide band spectrograph for the ESO-NTT telescope on La Silla. It will be able to cover simultaneously optical and NIR bands (350-2000nm) using two different arms and a pre-slit Common Path feeding system. SOXS will provide an unique facility to follow up any kind of transient event with the best possible response time in addition to high efficiency and availability. Furthermore, a Calibration Unit and an Acquisition Camera System with all the necessary relay optics will be connected to the Common Path sub-system. The Acquisition Camera, working in optical regime, will be primarily focused on target acquisition and secondary guiding, but will also provide an imaging mode for scientific photometry. In this work we give an overview of the Acquisition Camera System for SOXS with all the different functionalities. The optical and mechanical design of the system are also presented together with the preliminary performances in terms of optical quality, throughput, magnitude limits and photometric properties.

研究の動機と目的

• ESO新技術望遠鏡（NTT）のSOXS分光計用に、迅速な標的取得と補助ガイドを可能にする高効率でコンactな取得カメラシステム（CAM）の開発。
• 高品質な像質と低ノイズを備えた科学的画像撮影および中程度の高速フォトメトリをサポートする。
• 共通光路給光システムとリレーオプティクス、校正済みフィルターホイールを統合することで、光学的および近赤外域（350–2000 nm）で最適な光学的性能を達成する。
• ラ・シリヤ観測所の厳しい機械的および熱的安定性要件を満たし、環境条件の変化にかかわらず1弧秒未満の像質を確保する。
• 実際の空の明るさと検出器パrameters（量子効率、読み出しノイズなど）を考慮して、フォトメトリの限界等級を予測・検証する。

提案手法

• CAMは、高剛性を実現する15 mm厚の負荷支持壁を備えたT字型アルミ6061-T6構造体を採用し、検出器および光学部品を支持する。
• 15 mmストロークの直線ステージ（PI M-111.1DG1）に取り付けられた60 mm径コリメータレンズが再焦点調整を担い、部品は3M 2216接着スポットで固定される。
• ビームを望遠鏡軸に沿って折り返すための折り返しミラーは、軸方向のリーフスプリングとスプリングリテンナにより安定したアライメントを実現する。
• 最大9枚のフィルタを搭載できる回転式フィルターホイール（PI M-116.DG）を統合し、光学素子を保持するためのカスタムサポートを採用する。
• 2つのダブルトンと2つのシンプレックス（最大28 mm径）からなるカメラレンズシステムは、f/3.6、焦点距離434.15 mmのシステムであり、径方向の穴を介して3M 2216接着で固定される。
• 性能予測には、望遠鏡パラメータ、検出器の量子効率（Andor iKon-M934）、ラ・シリヤでの空の条件（例：空気透過率=1.15、FWHM=0.8弧秒、10°C、湿度10%）を組み込んだ、Schaefe（1998）感度アルゴリズムの改変版を用いた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SNR=10の条件下で、SDSSバンド（u′, g′, r′, i′, z′）におけるCAMシステムの実現可能な限界等級は、さまざまな露光時間でどの程度か？
• RQ2 CAMシステムの光学的設計は、3.5×3.5弧分の視野、0.205弧秒/ピクセルのサンプリング、 diffraction-limitedの像質をどのように実現するか？
• RQ3 温度変化（0°C〜20°C）に伴う機械的および熱的安定性が、像質に与える影響は何か？
• RQ4 共通光路給光構造を用いることで、光学的および近赤外域で高いスループットと低ノイズをどのように維持するか？
• RQ5 読み出しノイズ（2.9 e−）と量子効率を考慮した場合、CAMの科学的フォトメトリと高速イメージングにおける期待される性能は何か？

主な発見

• CAMは3.5×3.5弧分の視野と0.205弧秒/ピクセルのピクセルスケールを達成し、高精度な標的取得と補助ガイドを可能にする。
• r′バンドで20秒間の露光で限界等級r′ ≈ 20.4（SNR=10）を達成し、u′バンドでも同じ時間でr′ ≈ 19.1に達する。
• z′バンドでは15秒間で限界等級17.4を予測し、近赤外域での高い感度を示す。
• 光学的設計により、フィールド全体で0.95以上のStrehl比を確保し、20°Cでスポットサイズが約2ピクセル（26.0 µm）に収まる。
• アルミ6061-T6とキネマティックマウントを用いた機械的設計により、高剛性と熱的安定性が確保され、温度変化に伴う像のずれが最小限に抑えられる。
• 80%のフィルタピーク透過率と、Andor iKon-M934のデータシートと整合する検出器の量子効率プロファイルにより、高いスループットと低ノイズ動作（RON = 2.9 e−）を実現する。