CCDカメラ・制御系 作業日誌

2002年8月

2002年7月 <-> 2002年9月

2002.8.1

■ CCDカメラ関連
JanesickのCCD教科書(amazonで15600円程度)がやっと届く。
■ 制御系関連
Borland C++ V.4.5が大学にあるのを見つける。
波長板回転機構プログラムコンパイルに使えるかも知れないとのことだったので、 川端さんに渡すことに。近々岡山行きの磯貝氏にCD-Rを託す。
■ その他
冷凍器ファンの電源・スイッチボックスがファンに近すぎ、デュワーを 立てたときにぶら下がるため、危険。
ボックスとファンの間に、長めのケーブルを挟むことにする。
必要なコネクタ(JIS 3ピン丸コネクタ、中継コネクタ類)をミスミに発注。
最近起動時にエラーが多発し、信頼性が低下していた自分のNote PCのハードディスクを交換。
値段がそれほど変わらない、4200rpm 40GBか5400rpm 20GBどちらか迷うが、後者にする。
駆動音は静か。速さはまだ実感せず。
OSやソフトのインストール。

2002.8.2 (3^h-5)

■ CCDカメラ関連
BIAS電圧設定に備えて、M-Front 回路図の復習に取り掛かる。
[成果：皆無]
■ 制御系関連
■ その他
7/27-28の会議まとめ作成。

2002.8.3 (7^h-3)

■ CCDカメラ関連
始終CCDの基礎復習。MOS capacitorの原理など。
(Jansick:Sci.CCD、McLean:Elec. Img. in Astr. etc)
昔やった基礎をやっと少し思い出した。
[成果：微少]
■ 制御系関連
■ その他

2002.8.4 (0^h-4)

■ CCDカメラ関連
■ 制御系関連
■ その他

2002.8.5 (2^h-4)

■ CCDカメラ関連
ミスミからコネクタ届く。
冷凍器ファンの電源ケーブル延長化工作。

■ 制御系関連
■ その他

2002.8.7 (0^2h-4)

■ CCDカメラ関連
CCD復習。
Janesiek CCD、読みだし回路の部分など。 ■ 制御系関連
■ その他

2002.8.9 (0^h-0)

■ CCDカメラ関連
■ 制御系関連
■ その他
Leroy: "Polarization of Light and Astronomical Observation"
届く。amazonで9,606円。

2002.8.12 (8^h-2)

■ CCDカメラ関連
モレキュラーシーブ5A納入。

CCD読みだしの仕組み

• CLKAMP IPCの働き (M-Front回路図から)
  IPC on で、capacitorに電荷補充。十分な時間で、+0.16 V。
  EEV CCD〜4.5μV/e-とすると、36000e-相当。このあたりで、GNDをクロスする。
  count-deviation関係に異常がみられる電子数とおよそ一致。
  IPC部の抵抗を交換して、IPC onでの電圧をもう少し大きいものにすれば良いか。
  上記で良いか？理屈の理解が不十分。CCD読みだしの勉強をしてから。
  抵抗を変える場合：表面実装抵抗の脱着が必要。
  適当な抵抗はあるか？温度特性は？
  
• Janesick CCD: Chap.6 Charge Measurement
  p.489-498
  MOSFETの仕組み、特徴的な電圧について。
  MOS-FETの電圧特性(VDS-ID曲線)。
  
  • VDSが小さいうちは、ID∝VD(抵抗のように働く。gate下のdepletion regionはどんどん広くなり、電流経路を小さくする)。
    
  • VDSが一値より大きくなると、IDはVDにほとんどよらなくなる(gate直下のdep. regionが、p-n junctionのdep. regionと結合し、dep. regionが電流経路を遮断、minor carrierによる電流のみがながれる= pinch-off)
  Transconductance gm=ΔIDS/ΔVGS : CCD諸特性(gain, freq. responce, noise, linearity)に重要な量。

■ 制御系関連
■ その他
■ 雑感
成果：まずまず。しかし、このペースでは先が見えない。

2002.8.19 (3^h-3)

■ CCDカメラ関連
reset の仕組み。
reset feed-thtroughについて。
■ 制御系関連
■ その他
■ 雑感

2002.8.21 (7^h-2)

■ CCDカメラ関連
■M-Front DSP動作確認
M-FRONT Dual Slope Processing の各点での電圧の振る舞いの確認作業。
回路の理解、式の導出。
BIAS 入力VID+-間10kΩ接続でのSerial Clock時、ADC入力直前の波形をオシロで チェック。理屈通りの波形が出ていることを確認した。
・SIGADC中、BISOFF、SIGOFF電圧入力にくっついている抵抗が、実際は回路図の30kでなく、51kであった。
・BIAS電圧は少し大きすぎるかもしれない。しかも、BISOFF、SIGOFF双方で同極性でともにレベルを強める傾向にある。
・明日はCCD非接続でCLKAMPを接続して、同様の波形を見るか。
■CLKAMPのIPC抵抗調整
おそらく、IPCコンデンサの充電圧が不十分なのが良くない。
非反転増幅器の入力がGND前後でおかしなことがおきている。ADコンバータの動作原理に立ち帰って理屈を探る。
■光学暗室
光学暗室入って左に作業場を確保。実験室のNote-PCもオシロ波形取り込み用に拝借した。
■ 制御系関連
■ その他
本間氏、松田氏に30m Ethernet cableの作成を依頼。
■ 雑感

2002.8.22 (7.5^h-2)

■ CCDカメラ関連
CLKAMPを接続して各点の波形確認。
POST-AMP出力は、入力にCCCか相当のダミー回路がないと、綺麗な波形にならない。
CLKAMP接続で、SIGADC CDSのADC入力をみる。
count-分散関係の異常は、CLKAMPのAMP入力がGNDレベルを通ることよりも、 CDSで、BIAS on と SIG onの傾きの組合せが変わることに原因がありそう。 (それぞれの積分の開始に、若干の電圧ジャンプがあり、正負でその効果が逆転するのではないか)
SIG on 時の傾きが、電荷によって正負にまたがらないような設定を考える。
IPC抵抗変更なしで、SIGADCのBIAS電圧変更だけで行ければ良い。
仙台にいるうちに画像を撮ってから出発できるのか？
物品チェックなどはまだなにもやっていない。
■ 制御系関連
■ その他
Polarised Light in Science & Nature" J. D. Pye 届く。amazonで〜2600円。
■ 雑感

2002.8.22 (6^h-2)

■ CCDカメラ関連
■ SIGADC DSPのSIG ON時の積分器電圧変化が、入力電荷数によって上昇と下降の 2通り取り得る問題について。
SIGADC上のBIAS電圧印加で対応できないか、式を確認しながら調査。
結論：SIGADC上のBIASでは不可。可能な調整範囲(-5〜5V)では、IPCに印加される BIAS (元が0.1V、SIGADC上で1V)を相殺できない。
IPCの設定電圧を0Vとし、常に入力電圧が負となるようにした。
→SIG ON時の積分器電圧変化は常に正となる(はず＝SIGADC入力をみると、IPC OFF後に入力電圧が0から上昇している。CCD取り付けるとちゃんとするかも)
IPCの抵抗(CLKAMP R55)を取り外し、IPC ONで、IPCコンデンサがGND接続で放電されるようにした。
■ CCD 入力抵抗(CLKAMP R82)について
これまでdefaultの20kΩであったが、EEVデータシートでの5-10kΩにしたがって、 7.5kΩの金属皮膜抵抗に交換した。
(それぞれの図解)
これで、CLKAMPの工作は終了とする。
次の作業、

• CCDアダプタボード配線の変更
  GND線のcoldplateじか付け(前観測時のノイズ対策試行、効果無し)を外す。
  coldplate-汎用ハーメチックコネクタ間の配線をもとにもどす
• CCD温度測定実験で変更した白金抵抗の配線を元に戻す
• モレキュラーシーブ脱ガス？(しなくて良いかも。)

■ 制御系関連
■ その他
■ 雑感

2002.8.23 (8^h-2)

■ CCDカメラ関連

■ CLKAMPのOP-AMP排熱処理 (OP-AMP排熱処理 報告ページ)
CLKAMP上のOP-AMPの熱を逃すために、銅網線をCLKAMPフランジ銅支柱と OP-AMP上部の間で張り、支柱側は圧着端子、AMP側はエポキシ接着剤(アラルダイト) で固定した。
アラルダイトが大きなアウトガス源になってしまうか？

■ GND配線の取り回し
CLKAMP FPCコネクタ - CCD間は、GNDが3点だけで接続されるようにした。
GND ループを防ぐため。
(これまでは、FPCアダプタボード上のGND(含むCCDOUT-)を全て接続していた)
(1) FPC#6 (amp部GND; 実質はCLKAMP上の統一GND) - m D-sub21 #13 (Substrate)
(2) FPC#5 (COUT1-; 実質はCLKAMP上の統一GND) - m D-sub15 #11 (Substrate)
(3) FPC#27 (COUT2-; 実質はCLKAMP上の統一GND) - m D-sub15 #13 (Substrate)
FPCアダプタボード - coldplate間の接続を外す。
汎用ハーメチックコネクタpin#"T"から、coldplateに配線。

■ 温度センサーの配線変更
温度測定実験用に取り付けた第3の温度センサーを取り外す。
(これまでの2つは、配線を変えていなかった)

■ 予備真空引き
本番CCD封入は、慎重に行う必要があるので翌日とする。
CCD chipなしで予備真空引きを行った。
1-5分で3-4 Torrまでしか下がらない。
ポンプ単体でも、数分では 1 Torrのorderまでしか下がらず。
原因として考えうるのは以下。
・湿気の多い時期に長期外気に晒されて、ポンプ自体に付着ガスが多い。
・dewarを長時間外気にさらし、吸着剤の吸着ガスが大量になった
・エポキシ樹脂のアウトガス
とりあえず真空引きを続けて放置。
明日、様子をみて、恐らく、吸着剤脱ガス処理をして、直後にCCD封入。

■ IPCについて
IPCの電圧設定に関して、M-Front web manualにも記述があった。
manualとしては、defaultではR54,55は取り外してあり、IPCは常にGNDとなるとのこと。
出荷時は、R54、R55として、20Kがくっついていた。

■ 制御系関連
■ その他
■ 雑感

2002.8.25 (4^h-3)

■ CCDカメラ関連

■ 予備引きの結果
10E-3 Torr台まで下がっていた。
真空引き停止後の圧力上昇は1E-5Torr/s程度で、通常と同じ。
モレキュラーシーブ焼き直しの必要なしと結論。
CCD chip封入に入る。

■ CCD chip封入
dewarを開け本番チップを封入。
手順表、物品表を作成。記録用の写真も取得。
冷凍器とコールドプレートが電気的に接触していた。
＝ 吸着剤ケース(冷凍器側)絶縁セラミック板上の銅網線(コールドプレート側)のケバが、 吸着剤ケースと接触していた。ケバを除けて解決。

■ 真空引き
真空引きを開始。
一度、1時間程1e-1Torr台で圧力が上昇するのを確認、停止、真空やぶり後再開。
以後、10分程で1e-2 Torr台に達し、以後放置l。

■ 制御系関連
■ その他

関さんと各種相談。
三鷹行きは8/29を予定とする。

■ 雑感

2002.8.26 (6^h-4)

■ CCDカメラ関連

■ 真空引き続き
〜1e-3 torr台まで下がっていた。

■ 冷却
冷却開始。3.5h後でcoldplate 160 K。
内部圧力、真空引き後も4e-6 Torr程度を維持、問題なし。
CCD 160K設定として冷却継続。

■ 制御系関連

■ eagle
eagleという回路設計ソフトがあることを知った。
Win、Linux(およびFreeBSDのlinux emulator上)双方で動き、小さい基板ならフリー。
3Uカードサイズまででも600$だからprotelよりも安い。
少し使ってみたが、それほど遜色なさそう。

■ その他
■ 雑感

2002.8.26 (10^h-3)

■ CCDカメラ関連

■ 冷却状況
160Kで安定して制御。heater出力〜40%。
圧力やや高めで7.8e-6 Torr。
CCDカメラを作業台にt移す。

■ 波形確認
CCD接続時の、BIASボード入力、ADC入力のそれぞれの波形を確認。
CCDとして、もっともらしい波形がでている。
SIG ON直後のADC入力にものすごく大きなノイズがのる。
しかし、画像を何度も撮って行くと、ときおりノイズが見えないこともある。
よくわからない。詳細に調べる必要がある。
上記に関連して、SIGADC 積分器出力〜ADC入力までの回路図を再確認。
積分器の出力からは、ANALOGIC用ADC、Cylix用ADCそれぞれの回路に 繋がることになっているが、後者はパターンはあるものの部品は全く 実装されていない。よって考慮する必要なし。
前者は、R=10Ω、C=100pFのlow pass filterに繋がっている。
しかし、時定数は1nsecの程度なので、ノイズ(数十ns周期)除去としては 全く聞いていないはず。

■ ADCトラブル
画像のカウントが127ADU飛びになる。
Messiaを別セットにしても変わらず。
SIGADC上のADCの故障と見られる。
(直前に、ボードのプリントパターン確認のためADCを一旦外して付けた際に、 前後逆に装着してしまったことが原因となったかもしれない)
デジタル化しての実験は以後不可能に。

■ BIAS電圧調整
SIGADC上の可変抵抗VR1、VR3を回して、バイアス電圧SIGOFF、BISOFFを調整する。
CCD接続、非照射時に、積分器での電圧変化が、BIAS積分時に負、信号積分時に正となるようにし、正味が1600ns積分時に0.15-0.3V (1000-2000ADU程度)となるのを目標とする。
非照射にも関わらず、シグナルがfull wellの150000e-相当のオーダーまで 出てしまい、積分器出力がいつも13V程度でサチッてしまう。
ときどき、ものすごく振幅の小さい波形もあらわれる。
光を照射すると変な波形になる。
細かい分析は疲れをとってから、後程。

■ 制御系関連
■ その他

■ 資材買い出し
ダイシン、梅沢に行く旨通知。

■ ADC故障に関して
代替ADCを求めて、市川氏、宮崎氏にメール。ファーストロン石井氏には後程。

■ 雑感

結局、カメラとして正しい設定になっているのかまだ確認できず。
動かないまま三鷹に持って行かなければならないことになりそう。
ADCを交換後、画像がきちんととれないことが分かった場合は、 その修正などの時間を考えると致命的。

2002.8.28 (10^h-4)

■ CCDカメラ関連

ADC動作異常は市川氏所有の予備を借りることで解決。

■ 制御系関連
■ その他

CCD用の梱包資材等を購入。プラコンテナは、大x2、中x3。

■ 雑感

2002.8.xx (0^h-0)

■ CCDカメラ関連
■ 制御系関連
■ その他
■ 雑感

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秋田谷 洋 (akitaya@astr.tohoku.ac.jp)