線スペクトル偏光分光装置 CCD開発・製作報告

Engineering Grade CCD Chip の初駆動・画像取得

June 6, 2001.

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概要

CCD素子 (Engeneering Grade)を冷却・温度制御しての駆動に成功した。ノイズ(冷凍器起因など)が大きいことが分ったので、以後、ノイズ軽減の対策を行う事とする。

準備

CCD dewar内にengineering grade CCD chipを設置し、真空引き後、冷凍器で素子冷却を行った。
真空引きは、総計17時間程度で、真空ポンプ入口において6.3E-4 Torrの圧力まで到達。(久しぶりの真空引きだったので、最初はなかなか真空が引けなかった。) 以後、冷凍器を動作させ、3時間程でCCD chipを163Kまで冷却し、温度制御器で CCD chipを一定温度に維持した。
chip温度が163Kに達した後、真空ポンプを停止しても、温度上昇は生じなかった。

冷却の様子(赤：CCD chip 、緑：吸着材ケース)

画像取得

CCD素子温度 163K程度で、BIAS画像を取得した。我々のchipについて以下の特徴があることが分った。

「冷凍器停止時」(画像：図2)
- 中心に明帯がある。(x方向幅40-70 pixel) (図3)
  転送方向になびく形状(= serial方向の転送効率があまりよくないせいであろう)
  安定せず(ショットノイズ？)利用できないか
- x方向の周期パターン (パルス状)(図4)
  Bias画像間で安定。Bias差引きで消える
- x方向の周期パターン (高周波)(図5)
  p-p ～ 200-500 ADU
  一定せず。ノイズ。常に生じる
「冷凍器動作時」(画像：図6)
- 高周波と低周波が混ざった桁違いに大きなノイズがのる。(図7)

図2: 冷凍器停止時のBIAS画像

図3: 明帯の断面

図4: x方向の周期的パターン(パルス状)

図5: x方向の周期的パターン(高周波)

図6: 冷凍器動作時のBIAS画像

図7: 冷凍器動作時のノイズ

ノイズの評価

明帯を除く領域([101:800,101:800])で、BIAS複数画像間でカウントの標準偏差(σ)を導出。CCD温度は160-175K。

             ----------------------------------------------------
              冷凍器 冷却ファン 温度コントローラー    σ [ADU]
             ----------------------------------------------------
                ○       ○         ○                2804.5
                ×       ○         ×                114.3
                ×       ×         ○                105.2
                ×       ×         ×                112.6
		cf. CCD接続なし(SIGNAL-GNDショート)     9.5
             ----------------------------------------------------

以上より、

冷凍器ノイズが大きい
冷凍器の電器的絶縁を試みる
冷凍器停止時のノイズも大きい
回路系から見積もられる変換係数～ 6.0 [e-/ADU] (gain～0.17 ADU/e-)
＝ 600e- の noise !?

ということがいえる。変換係数が上記概算値で正しいかの確認が必要。ノイズ源の追究、ノイズ対策が次の大きな課題となった。

光の検出

微光を照射して60秒積分で、CCDカバーの隅から洩れ入った光を検出した(図8)。
ちゃんと光は検出しているようである。
図8: 光を照射した画像(60s、176K)

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秋田谷洋 (akitaya@astr.tohoku.ac.jp)