[论文解读] The Dark Energy Camera (DECam)

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

CCD and CMOS Imaging Sensors参考文献 1被引用 22

一句话总结

本文介绍了暗能量相机（DECam）的设计与技术规格，该相机为安装在智利帕瑞纳天文台（CTIO）布兰科4米望远镜上的3平方度全景CCD相机，配备五个滤光片（g、r、i、z、Y）。DECam采用62片全帧2K×4K全耗尽型CCD及五元件光学校正器，可为暗能量探测计划提供深空成像，预计于2010年交付，以研究宇宙加速膨胀与暗能量。

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.

研究动机与目标

• 开发一款大视场、高Throughput的相机，能够开展深空成像巡天，以探究暗能量的本质。
• 通过使用五个宽波段光学与近红外滤光片（g、r、i、z、Y），实现精确的光度红移测量。
• 构建由62片大格式CCD和12片辅助CCD组成的焦面，用于导星与对准，优化量子效率并降低读出噪声。
• 交付一套完全集成的仪器，配备现代化的数据采集、控制系统及机械基础设施，可在布兰科4米望远镜的主焦点位置运行。
• 支持暗能量探测计划的目标，即通过弱引力透镜效应与星系团聚，测量红移-距离关系及大尺度结构。

提出的方法

• DECam采用五元件光学校正器，以在3平方度视场内实现平坦、大视场的成像。
• 焦面由62片全耗尽型2K×4K CCD（像素尺寸0.27角秒/像素）组成，呈六边形排列，覆盖2.2度直径的视场。
• 额外12片2K×2K CCD用于观测期间的导星、对焦与对准。
• CCD厚250微米，由劳伦斯伯克利国家实验室（LBNL）制造，具备高量子效率与低暗电流特性。
• 采用现代化的数据采集与控制系统，实现读出、校准及仪器的实时监控。
• 仪器设计用于在智利帕瑞纳天文台布兰科4米望远镜的主焦点舱内运行，且在2010年交付前已完成全面集成与测试。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何设计一款大视场、高Throughput的相机，以实现宇宙学巡天所需的深空成像？
• RQ2 为在3平方度视场内实现亚角秒像素的均匀、高质量成像，需要何种探测器与光学配置？
• RQ3 如何将大格式CCD的马赛克阵列与现代化的控制与数据采集系统集成，以实现在远程天文台环境中可靠、自动化的运行？
• RQ4 何种滤光片组合（g、r、i、z、Y）最适于测量光度红移，并通过弱引力透镜效应与星系团聚探测暗能量？
• RQ5 需要何种工程与制造标准，以确保仪器性能、耐用性及为重大宇宙学巡天做好运行准备？

主要发现

• DECam采用五元件光学校正器与62片2K×4K CCD的六边形马赛克结构，实现3平方度的视场。
• 焦面采用劳伦斯伯克利国家实验室（LBNL）研制的250微米厚全耗尽型CCD，优化了高量子效率与低读出噪声。
• 仪器包含12片额外的2K×2K CCD，用于导星、对焦与对准，确保精确指向与校准。
• 数据采集与控制系统支持实时监控、校准，并可在远程望远镜环境中实现可靠运行。
• 在论文发表时，CCD、光学元件、机械结构与控制系统已进入生产阶段，预计2010年交付帕瑞纳天文台。
• DECam将作为暗能量探测计划的主要仪器，通过弱引力透镜效应、星系团聚与Ia型超新星，实现对暗能量的深空成像与宇宙学研究。