可視光域カメラユニットの熱試験が進行中

pfs_project 2015-11-21 コメントはまだありません

（英文）David Le Mignant (LAM)

以前、分光器で用いる可視光域カメラユニットの低温保持装置の冷却試験をジョンズ・ホプキンス大学（JHU：アメリカ合衆国）で行っていることを紹介しました。
https://pfs.ipmu.jp/blog/2015/09/p68

その後、試験を終了した低温保持装置はマルセイユ天文物理研究所（フランス）に移送されました。ここには他の共同研究機関が開発している部品も届けられ、試験用分光器の組み上げ・調整が行われています。その一環として、JHUから届けられた低温保持装置の中には、カメラの光学素子の他に試験用の検出器や焦点調整機構、温度センサが組み込まれました。

(組み上げの様子１)

(組み上げの様子２)

(組み上げの様子３)

PFS分光器の可視光域カメラの開発過程の中における重要なステップの一つに、冷却機械やカメラユニットの熱設計・機械設計が検出器を160 K で運用できるかを確認することがあります。その一方でマンジン鏡やフロントリングなどの部分は室温に保つ必要があります。冷却試験では補助的なものも含め多数の温度センサを使いカメラユニット内、特に検出器周辺の温度分布を調べる他に、焦点調整機構の駆動を確認したり、検出器からの発熱量をシミュレートしたりします。

このような冷却試験は可視光域・赤外線域のそれぞれ最初のカメラだけ行う予定です。

(熱試験中の可視光域カメラユニット)

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Fiber positioner Cobra / ファイバー配置用アクチュエータ『コブラ』

PFI accommodates about 2400 fibers and their positioners for scientific use, which are divided into 42 units of 57 fibers each. The fiber unit contains the fibers, fiber positioners, and electronic boards to control them. Therefore, each 42 rail has 57 holes, as the first picture.

Other than the rails with the science fibers, the bench accommodates a lot of different things such as 6 cameras for acquisitions and guiding of a target field, and fixed fibers as a reference during the fiber configuration of the astronomical object on the focal plane.

主焦点装置には約2400本の観測用ファイバーが設置されますが、57本ずつをまとめた42ユニットに分けられます。ユニットはファイバーと配置用のアクチュエータ、アクチュエータを制御する為の電子基板から構成されます。

土台の大きさは直径約70cm、観測用ファイバーが付いたレールの他にも、これらのファイバーを焦点面の天体に配置するときに位置の参照として用いる固定ファイバーや、目的の視野に望遠鏡を導入し保持するために使用する6つのカメラを載せます。

Spectrographs / 分光器

We will observe ~2400 objects using four identical spectrograph modules, each of which acquires ~600 spectra of astronomical sources and calibration sources. Each module covers wide wavelength range on visible and near-infrared band (380 — 1260 nm). To achieve this, the module has 3 camera units; visible-blue, visible-red and near-infrared. The light of each band is introduced by using two “dichiroic mirrors”, which split the light at a given wavelength.

PFSでは約2400個の天体を観測しますが、4つの同型の分光器を用いてそれぞれ600本のスペクトルを取得します。各分光器は可視光域から近赤外域までの広い波長範囲 (380 から1260 nm) をカバーする為、「可視光域青用」、「可視光域赤用」、「近赤外域用」の3つのカメラユニットを持っています。3つのカメラには、特定の波長で光を分けることのできるダイクロイックミラーを2つ用いて、光を導入します。

　

Metrology Camera System / メトロロジカメラシステム

To measure the fibers position on the focal plane, “Metrology Camera System” is attached on the Cassegrain focus of Subaru telescope. Looking up to the prime focus (see this image from HSC blog for clear image), this camera takes a image of back-illuminated fibers. Thanks to a large format of ~50 M pixels CMOS sensor, this camera can acquire all ~2400 fiber spots in a single exposure. The camera system is also designed to execute the process from exposure to measurement of fiber centroids within 5 seconds. Effective measurement of the fibers position enables us to shorten overhead for fiber configuration and execute large statistical survey observation.
The Metrology Camera System will be delivered to Subaru in early 2018.

焦点面上のファイバーの位置を測定する為に、『メトロロジカメラシステム』をすばる望遠鏡のカセグレン焦点に取り付けます。このカメラは焦点面を見上げるようにして後ろ側から照らされたファイバーの画像を取得します(イメージ的にはこちらの画像 (HSCブログより) のような感じです)。メトロロジカメラには50Mピクセルの大判のCMOSセンサが搭載されているため、約2400本のファイバー像をたった一回の露出で得ることができます。また、画像の取得から各ファイバーの位置測定までを5秒以内に行うように設計されています。このようにファイバーの効率よく位置を測定することで、ファイバーの配置など観測準備にかかる時間をなるべく短くし、大規模サーベイ観測を行うことができるのです。
メトロロジカメラシステムは2018年4月にすばる望遠鏡へ搬送されるました。

　

Spectrograph Clean Room / 分光器設置室

The Spectrograph Clean Room is a room whose size is 6.7 m wide, 8.6 m long ,and 3.6 m high. Four PFS spectrographs will be accommodated in the clean room. To stabilize the spectrograph performance, the temperature in the room will be controlled at 5 +- 1 degree Celsius. Besides, a crane with capability of 500 kg is installed for assembly and maintenance of the Spectrograph.

分光器設置室は、すばる望遠鏡ドーム棟4階に建設された部屋で、幅6.7m × 奥行8.6m × 高さ 3.6 mの大きさです。 PFSの4台の分光器がこの部屋に設置されます。分光器の安定性を図るために、部屋全体が5±1℃の範囲で温度管理されます。また、分光器の設置やメンテナンス用に室内には耐荷重500kgのクレーンが設置されています。

　