[논문 리뷰] The Dark Energy Camera (DECam)

Klaus Honscheid, D. L. DePoy|arXiv (Cornell University)|2008. 10. 20.

CCD and CMOS Imaging Sensors참고 문헌 1인용 수 22

한 줄 요약

이 논문은 CTIO의 Blanco 4m 망원경에 장착된 3 제곱도 면적의 모자이크 CCD 카메라인 다크 에너지 카메라(DECam)의 설계 및 기술 사양을 제시한다. DECam은 다섯 개의 필터(g, r, i, z, Y)를 갖추고 있으며, 2010년에 배송될 예정으로, 우주 팽창과 다크 에너지의 성질을 연구하기 위해 천체의 깊은 영상 촬영을 가능하게 한다. 이 카메라는 62개의 풀프레임 2K×4K 전면 탈리프티드 CCD와 다섯 개의 요소로 구성된 광학 보정기를 사용한다.

ABSTRACT

In this paper we describe the Dark Energy Camera (DECam), which will be the primary instrument used in the Dark Energy Survey. DECam will be a 3 sq. deg. mosaic camera mounted at the prime focus of the Blanco 4m telescope at the Cerro-Tololo International Observatory (CTIO). It consists of a large mosaic CCD focal plane, a five element optical corrector, five filters (g,r,i,z,Y), a modern data acquisition and control system and the associated infrastructure for operation in the prime focus cage. The focal plane includes of 62 2K x 4K CCD modules (0.27"/pixel) arranged in a hexagon inscribed within the roughly 2.2 degree diameter field of view and 12 smaller 2K x 2K CCDs for guiding, focus and alignment. The CCDs will be 250 micron thick fully-depleted CCDs that have been developed at the Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL). Production of the CCDs and fabrication of the optics, mechanical structure, mechanisms, and control system for DECam are underway; delivery of the instrument to CTIO is scheduled for 2010.

연구 동기 및 목표

• 다크 에너지의 성질을 탐구하기 위해 깊은 영상 촬영 설문 조사를 수행할 수 있는 광시야, 고통과 카메라 개발을 위한 목표.
• 다섯 개의 넓은 옵티컬 및 적외선 필터(g, r, i, z, Y)를 사용하여 정밀한 광학적 적색편이 측정을 가능하게 하기 위한 목표.
• 62개의 대형 포맷 CCD와 12개의 보조 CCD를 포함한 포커스 평면을 구성하여 고자기 효율성과 낮은 읽기 노이즈를 최적화하기 위한 목표.
• Blanco 4m 망원경의 주초점에 장착될 수 있도록 현대적인 데이터 수집, 제어 시스템 및 기계적 인프라를 통합한 완전한 기구를 제공하기 위한 목표.
• 약한 중력 렌즈와 은하 군집을 통해 적색편이-거리 관계와 대규모 구조를 측정함으로써 다크 에너지 조사의 목표를 지원하기 위한 목표.

제안 방법

• DECam은 3 제곱도의 시야에서 평탄하고 광시야의 영상을 제공하기 위해 다섯 개의 요소로 구성된 광학 보정기를 사용한다.
• 포커스 평면은 62개의 전면 탈리프티드 2K×4K CCD(0.27 초각/픽셀)로 구성되어 있으며, 2.2도의 직경을 가진 육각형 패턴으로 배열되어 있다.
• 관측 중 가이드, 초점 조절 및 정렬을 위해 12개의 추가적인 2K×2K CCD가 사용된다.
• CCD는 250 마이크론 두께이며, 고자기 효율성과 낮은 어둠진 전류를 위해 레이너스 버클리 국립연구소에서 제작되었다.
• 현대적인 데이터 수집 및 제어 시스템은 읽기, 校정, 기구의 실시간 모니터링을 관리한다.
• 2010년에 배송되기 전에 완전한 통합 및 시험을 완료한 상태로, Cerro-Tololo의 Blanco 4m 망원경의 주초점에서 작동하도록 설계되었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 우주론적 설문 조사에 적합한 깊은 영상 촬영을 가능하게 하기 위해 광시야, 고통과 카메라를 어떻게 설계할 수 있는가?
• RQ2 3 제곱도의 시야에서 1초각 이하의 픽셀로 균일하고 고품질의 영상 촬영을 달성하기 위해 필요한 디텍터 및 광학 구성은 무엇인가?
• RQ3 원격 천체관측소 환경에서 신뢰성 있고 자동화된 운영이 가능하도록 대형 포맷 CCD의 모자이크를 현대적인 제어 및 데이터 수집 시스템과 어떻게 통합할 수 있는가?
• RQ4 약한 렌즈와 은하 군집을 통해 다크 에너지를 탐색하고 광학적 적색편이를 측정하기 위해 최적의 필터 세트(g, r, i, z, Y)는 무엇인가?
• RQ5 주요 우주론적 설문 조사에 대비해 기구의 성능, 내구성 및 운영 준비 상태를 확보하기 위해 필요한 공학 및 제조 표준은 무엇인가?

주요 결과

• DECam은 다섯 개의 요소로 구성된 광학 보정기와 62개의 2K×4K CCD로 이루어진 육각형 모자이크를 통해 3 제곱도의 시야를 확보한다.
• 포커스 평면은 LBNL에서 개발된 250마이크론 두께의 전면 탈리프티드 CCD를 사용하며, 고자기 효율성과 낮은 읽기 노이즈를 최적화하였다.
• 기구는 정확한 조준과 校정을 보장하기 위해 가이드, 초점 조절 및 정렬을 위한 12개의 추가적인 2K×2K CCD를 포함하고 있다.
• 데이터 수집 및 제어 시스템은 원격 천체망원경 환경에서 실시간 모니터링, 校정 및 신뢰성 있는 운영을 위해 설계되었다.
• 논문 발표 당시 CCD 제조, 광학, 기계적 구조, 제어 시스템의 생산이 진행 중이었으며, CTIO에의 배송은 2010년으로 예정되어 있었다.
• DECam은 다크 에너지 조사의 주요 기구로, 약한 렌즈, 은하 군집, Ia형 초신성 등을 통해 다크 에너지의 우주론적 연구를 위한 깊은 영상 촬영을 가능하게 한다.