[论文解读] 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 4

一句话总结

JPCam 是一款 1.2 千兆像素的马赛克相机，采用 14 个 e2v 9k×9k CCD，像素尺寸为 10μm，专为 J-PAS 巡天设计，利用 54 个窄带滤光片（13.8 nm FWHM）和 3 个宽带滤光片，对北天球 8,000 平方度的区域进行测绘。该相机可实现对暗弱星系的亚 1% 光谱红移测量精度，其系统采用 e2v 提供的低温恒温箱，巴西建造的机械结构，以及波恩大学提供的 500mm 光圈快门。

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.

研究动机与目标

• 开发一种高Throughput、大视场成像系统，实现对暗弱星系前所未有的高精度光谱红移测量。
• 利用密集的滤光片组，实现对北天球的重子声学振荡（BAO）巡天。
• 设计并部署一款 1.2 千兆像素的相机，采用 14 个大面阵 CCD，专为窄带测光优化。
• 在低温环境下确保高稳定性与低噪声，以支持长时间曝光的深空成像。
• 支持 J-PAS 巡天的目标，即利用 54 个等间距的窄带滤光片（波长范围 370–920 nm）对约 8,000 平方度的天区进行测绘。

提出的方法

• 相机采用 14 个 e2v 9k×9k CCD，像素尺寸为 10μm，配备 16 通道读出架构，安装于 e2v 提供的低温恒温箱中。
• CCD 马赛克布局旨在最小化间隙，相邻探测器之间间距约为 10mm。
• 共使用 56 个滤光片（四组各 14 个滤光片），置于杜瓦窗上方的常温环境，与探测器精确对齐。
• 机械结构（包括快门和滤光片轮）由巴西联盟（以 INPE 为首）设计并制造。
• 500mm 光圈快门由波恩大学的 Argelander-Institut für Astronomie 提供，确保高速、可靠的运行。
• 系统集成于西班牙哈瓦拉布雷天文台（OAJ）的 2.55m 大视场望远镜上。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何通过密集的窄带滤光片组，使 1.2 千兆像素的相机系统实现对暗弱星系的亚 1% 光谱红移测量精度？
• RQ2 在低温环境下，为保持 14 个 CCD 马赛克的图像质量和稳定性，需要哪些设计与工程解决方案？
• RQ3 如何高效部署并精确对齐包含 54 个窄带（13.8 nm FWHM）的滤光片系统，使其与大面阵 CCD 阵列匹配？
• RQ4 在高精度天文仪器中，采用何种机械与电子集成策略可确保快门和滤光片切换系统的可靠运行？
• RQ5 该多滤光片、大视场相机系统在深空测光中可实现哪些性能指标？

主要发现

• JPCam 总像素数达 1.2 千兆像素，14 个 e2v 9k×9k CCD 提供高量子效率和低读出噪声。
• 使用 54 个窄带滤光片（13.8 nm FWHM），在 370–920 nm 波段内均匀分布，可实现对暗弱星系光谱红移测量精度低于 1%。
• 相机的马赛克设计使相邻 CCD 之间存在约 10mm 的间隙，有效减少盲区，同时保持机械稳定性。
• 低温恒温箱与读出电子系统由 e2v 提供，确保低温运行与高数据吞吐量。
• 波恩大学提供的 500mm 光圈快门支持高速、可靠的运行，适用于长时间曝光成像。
• 该系统部署于西班牙 OAJ 的 2.55m 大视场望远镜上，可实现对北天球约 8,000 平方度天区的巡天。