Spectrograph Integration & Test at LAM / マルセイユ天文台での活動:分光器の組み上げ試験


Among the PFS instrument subsystem, four spectrographs are developed under the leadership of LAM (Laboratoire d’Astrophysique de Marseille). Since 2015, the first spectrograph module has been integrated and tested for its performance. In this article, we’ll talk about integration and test activities at LAM.

Below photo shows the Visible-Red camera unit under assembly: optical components were accommodated in the cryostat which had been developed by Johns Hopkins University. Rails and jigs were used to align the optical axis of the mirror, lenses and detector inside the dewar, as shown by this schematic movie.

 (Assembly of Visible-Red camera unit)

We’ve started the performance verification with two kinds of test using the Visible-Red camera unit: thermal validation test and image quality test. Out of the two kinds of test, the image quality one is carried out using “one channel” of the Spectrograph, by delivering the light from the fiber slit through the Visible-Red camera unit, as shown by the below photos. (cf.: See this post for thermal validation test.)Image quality of the spots on the detector, and its stability are supposed to be verified.

 (Configuration of “one channel”)

 (Assembly of “one channel)

This movie shows how the focus position is scanned.

In addition to integration of hardware, dedicated software is also developed to control individual parts sequentially, acquire the data, and analyze them, like the above movie for focus scan. The software not only collects information from environment sensors at various points of the spectrograph, but also control the status of mechanical and electrical parts. Besides, at emergency, an alert message is supposed to be sent to development team via application of smartphones.


(Up: Software developer, Under: GUI for integration & test)


PFSのサブシステムの内、4台の分光器はフランスのマルセイユ天文台(LAM)を中心に開発されていますが、2015年より1台目の組み上げ、試験が行われています。
今回は、マルセイユ天文台での組み上げ・試験の様子を紹介します。

下の写真はジョンズ・ホプキンス大学が開発している真空冷却機能の付いた筐体を、光学部品と組み合わせて、ひとつのカメラユニットに仕上げている様子です。こちらのアニメ―ションに表されているように、レールや冶具を使って筐体内のレンズや検出器の光軸を調整しながら組み上げられます。

(可視光赤カメラユニットの組み上げの様子)

さて、分光器の性能評価試験は、可視光赤カメラユニットを使った冷却試験と光学試験の2つから始まっています。二つの試験の内光学試験では、下の写真のようにファイバー光が入射するスリット部から可視光赤カメラユニットまでをつなげた『ワンチャンネル』と呼んでいる状態で、検出器上の像質や安定性の試験を行います。(冷却試験については過去の記事をご覧ください。)

(『ワンチャンネル』)

(『ワンチャンネル』組み上げの様子)

下の動画は焦点位置を探している様子です。

ハードウェアの組み上げ・試験に際して、各部分の総合的な制御をしたり試験に必要なデータを取得・解析をしたりする為の専用ソフトウェアも開発されています。例えば上記の焦点合わせにも使われています。ソフトウェアは、分光器の様々な場所に設置されている温度計等の環境センサーの情報をまとめたり、駆動部分の位置・状態を管理・制御したりしています。また、非常時にはスマートホンのアプリを通じで開発メンバーへアラートが届くようになっています。


(上:ソフトウェア開発の様子、下:GUI)


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