[논문 리뷰] JPCam: A 1.2Gpixel camera for the J-PAS survey

K. Taylor, A. Marín-Franch외 23명|arXiv (Cornell University)|2013. 01. 17.

Adaptive optics and wavefront sensing참고 문헌 3인용 수 4

한 줄 요약

JPCam은 1.2-gigapixel 모자이크 카메라로, 14개의 e2v 9k×9k CCDs를 사용하며 픽셀 크기는 10μm이며, J-PAS 설문을 위해 설계되어 8,000 제곱도의 북반천을 54개의 협역대 필터(13.8 nm FWHM)와 3개의 광역대 필터를 사용해 맵핑한다. 이 카메라는 냉각기구(e2v 제공), 브라질에서 제작된 기계적 구조, 그리고 본 대학의 500mm 조리개 셔터를 통해 희미한 은하의 1% 미만의 광학적 적색편이 정확도를 달성한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 희미한 은하에 대해 사전에 없던 광학적 적색편이 정확도를 달성할 수 있는 고속도, 광시야 이미징 시스템을 개발하기 위해.
• 밀도 높은 필터 세트를 사용하여 북반천의 Baryon Acoustic Oscillations (BAO) 설문을 가능하게 하기 위해.
• 협역대 광학 측정에 최적화된 14개의 대형 포지션 CCD를 포함한 1.2-gigapixel 카메라를 설계하고 구현하기 위해.
• 장시간 노출을 통한 천체 사진 촬영을 위해 냉각 환경에서 높은 안정성과 낮은 노이즈를 확보하기 위해.
• J-PAS 설문의 목표인 370–920 nm 범위에서 균일하게 분포된 54개의 등간격 협역대 필터를 사용하여 약 8,000 제곱도를 맵핑하기 위해.

제안 방법

• 카메라는 e2v에서 공급한 냉각기구에 장착된 14개의 e2v 9k×9k CCDs를 사용하며, 픽셀 크기는 10μm, 16채널 읽기 아키텍처를 갖춘다.
• CCD 모자이크는 간극을 최소화하도록 배열되며, 인접한 검출기 사이의 간격은 약 10mm이다.
• 환경 온도에서 56개의 필터(14개 필터의 4세트)가 데워 윈도우 위에 위치해 있으며, 검출기와 정렬되어 있다.
• 기계적 구조, 셔터, 필터 휠은 INPE 주도의 브라질 연합이 설계 및 제작하였다.
• 500mm 조리개 셔터는 본 대학의 Argelander-Institut für Astronomie에서 공급하여 고속, 신뢰성 있는 작동을 보장한다.
• 시스템은 스페인의 Observatorio Astrofísico de Javalambre(OAJ)에 위치한 2.55m 광시야 망원경에 통합되었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 밀도 높은 협역대 필터 세트를 사용하여 1.2-gigapixel 카메라 시스템이 희미한 은하에 대해 1% 이하의 광학적 적색편이 정확도를 달성할 수 있는가?
• RQ2 냉각 조건에서 14개의 CCD 모자이크 전체에 걸쳐 이미지 품질과 안정성을 유지하기 위해 필요한 설계 및 공학적 해결책은 무엇인가?
• RQ3 370–920 nm 범위에서 13.8 nm FWHM의 54개의 협역대 필터를 대규모 포지션 CCD 어레이와 효율적으로 배치하고 정렬할 수 있는가?
• RQ4 고정밀 천체 관측기기에서 셔터 및 필터 교환 시스템의 신뢰성 있는 작동을 보장하기 위한 기계적 및 전자적 통합 전략는 무엇인가?
• RQ5 이 다중 필터, 광시야 카메라 시스템을 사용하여 깊은 천체 광학 측정에서 달성 가능한 성능 지표는 무엇인가?

주요 결과

• JPCam은 총 1.2-gigapixel의 픽셀 수를 확보하며, 14개의 e2v 9k×9k CCDs가 높은 양자 효율성과 낮은 읽기 노이즈를 제공한다.
• 370–920 nm 범위에서 균일하게 분포된 54개의 협역대 필터(13.8 nm FWHM)를 사용함으로써, 희미한 은하에 대해 1% 미만의 광학적 적색편이 정확도를 달성할 수 있다.
• 카메라의 모자이크 설계는 인접한 CCD 사이에 약 10mm 간격을 두어 사각지대를 최소화하면서도 기계적 안정성을 유지한다.
• 냉각기구와 읽기 전자기기 모두 e2v에서 공급받아 저온 작동과 고속도 데이터 전송을 보장한다.
• 본 대학에서 공급한 500mm 조리개 셔터는 장시간 노출 촬영을 위한 빠르고 신뢰할 수 있는 작동을 지원한다.
• 시스템은 스페인의 OAJ에 위치한 2.55m 광시야 망원경에 설치되어 북반천 약 8,000 제곱도를 맵핑할 수 있다.