[논문 리뷰] The Acquisition Camera System for SOXS at NTT

Anna Brucalassi, A. Araiza-Duran외 48명|Research at the University of Copenhagen (University of Copenhagen)|2018. 09. 05.

Astronomy and Astrophysical Research참고 문헌 7인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 ESO NTT 망원경에 설치된 새로운 분광계인 SOXS를 위한 획득 카메라 시스템(CAM)의 설계 및 성능 분석을 제시한다. CAM은 3.5×3.5 arcmin의 시야, 0.205 arcsec/pixel의 해상도, 20초 동안 r′ ≈ 20.4의 한계 등급을 기록하며, 최적화된 통과율과 이미지 품질을 통해 SDSS 필터 대역에서 SNR=10을 달성하는 고정밀 목표 획득, 보조 안내 및 과학적 영상 촬영을 가능하게 한다.

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.

연구 동기 및 목표

• ESO 신기술망원경(NTT)의 SOXS 분광계를 위한 고효율성이고 소형의 획득 카메라 시스템(CAM)을 개발하여 빠른 목표 획득과 보조 안내를 가능하게 한다.
• 고품질의 이미지와 낮은 노이즈를 갖춘 과학 수준의 영상 촬영 및 중간 속도의 고속 영상 촬영을 지원한다.
• 공통 경로 공급 시스템과 리레이어 옵티컬 시스템, 校정된 필터 휠을 통합하여, 350–2000 nm 범위의 광학 및 가까운 적외선 영역에서 최적의 광학 성능을 달성한다.
• 라 실리아 관측소의 엄격한 기계적 및 열적 안정성 요구 조건을 충족시켜, 다양한 환경 조건 하에서도 1초 이하의 이미지 품질을 확보한다.
• 실제 천체 및 검출기 파rameters(예: 양자 효율 및 읽기 노이즈 포함)를 고려하여 영상 촬영을 위한 한계 등급을 예측하고 검증한다.

제안 방법

• 고강성 구조를 확보하기 위해 15 mm 두께의 하중 지지 벽을 가진 T자형 알루미늄 6061-T6 구조를 사용하여, 검출기 및 광학 부품을 지지한다.
• 15 mm 스토크의 선형 스테이지(PI M-111.1DG1)에 장착된 60 mm 직경의 컬리메이터 렌즈가 재초점 장치로 기능하며, 3M 2216 접착제 점을 사용해 구성 요소를 고정한다.
• 빔을 망원경 축에 따라 굴절시키기 위해 접는 거울을 사용하며, 축 방향 리벳 스프링과 스프링 리테이너를 사용해 안정적인 정렬을 확보한다.
• 최대 9개의 필터를 수용할 수 있는 원형 필터 휠(PI M-116.DG)을 통합하였으며, 광학 요소를 고정하기 위해 특수 지지대를 사용한다.
• 두 쌍의 이중 렌즈와 두 개의 단일 렌즈(최대 28 mm 직경)로 구성된 카메라 렌즈 시스템은 f/3.6 시스템으로, 434.15 mm의 초점 거리를 가지며, 3M 2216 접착제를 사용한 반경 방향 구멍을 통해 고정된다.
• 성능 예측은 샤포에(1998)의 민감도 알고리즘의 수정된 버전을 사용하였으며, 망원경 파arameter, 검출기의 양자 효율(Andor iKon-M934), 라 실리아의 천체 조건(예: 공기질=1.15, FWHM=0.8 arcsec, 10°C, 습도 10%)을 포함한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 SDSS 필터 대역(u′, g′, r′, i′, z′)에서 다양한 노출 시간 동안 SNR=10 조건에서 CAM 시스템의 구현 가능한 한계 등급은 무엇인가?
• RQ2 CAM 시스템의 광학 설계는 어떻게 3.5×3.5 arcmin의 시야, 0.205 arcsec/pixel 해상도 및 diffraction-limited 이미지 품질을 확보하는가?
• RQ3 온도 변화(0°C에서 20°C)에 따른 열적 및 기계적 안정성이 이미지 품질에 미치는 영향은 무엇인가?
• RQ4 공통 경로 공급 아키텍처를 사용하여, 광학 및 가까운 적외선 스펙트럼에서 고통과와 낮은 노이즈를 유지하는 시스템의 메커니즘은 무엇인가?
• RQ5 검출기의 읽기 노이즈(2.9 e−)와 양자 효율을 고려할 때, CAM의 과학적 영상 촬영 및 고속 영상 촬영 성능은 기대되는가?

주요 결과

• CAM은 3.5×3.5 arcmin의 시야와 0.205 arcsec/pixel의 픽셀 스케일을 확보하여 고정밀 목표 획득 및 보조 안내를 가능하게 한다.
• r′ 대역에서 20초 동안 SNR=10 조건에서 r′ ≈ 20.4의 한계 등급을 달성하며, 동일한 시간에 u′ 대역은 r′ ≈ 19.1에 도달한다.
• z′ 대역에서는 15초 내에 한계 등급이 17.4로 예측되어 적외선 영역에서 높은 감도를 입증한다.
• 광학 설계는 시야 전역에서 Strehl 비율이 0.95 이상을 유지하며, 20°C에서 약 2 픽셀(26.0 µm)의 점상 크기를 확보한다.
• 알루미늄 6061-T6와 기구적 마운트를 사용한 기계적 설계는 고강성과 열적 안정성을 확보하여 온도 변화에 따른 이미지 이동을 최소화한다.
• 80%의 필터 최대 투과율과 Andor iKon-M934 사양에 부합하는 검출기의 양자 효율 프로파일을 통해 고통과와 낮은 노이즈 작동을 지원한다(RON = 2.9 e−).