線スペクトル偏光分光装置 CCD開発・製作報告

CCD chip未接続状態でのノイズ対策

August 6, 2001.

前回の報告『gain、readout noiseの実測』
次の報告『冷凍器を電気絶縁しての冷却・画像取得(1)』

実験

CCDチップを接続せず、SIGADCへの信号入力、もしくは、CLKAMPへの CCD信号入力それぞれに10kΩ抵抗接続(および短絡)した状態での画像読みだしを行った。
VMEラックの交換、ケーブルのシールドなどノイズ対策に有効と思われる操作を行いつつ画像を取得し、画像内のカウントの標準偏差(=ノイズ)を測定した。
VMEラックは、我々のグループで購入して使用している「LIPS用(Schroff)」と市川氏のグループが所有している「東北大CCD用(中央電子)」の間で比較した。

結果

一連のノイズ対策(次節で列挙)の前後でのノイズ値は次表の通り。

 -----------------------------------------------------------------------
                                    ノイズ (画像内標準偏差[ADU])
			       SIGADC入力         CLKAMP入力
                                 VID±間          COUT±間 
  VMEラック       ノイズ対策      10kΩ         short    10kΩ
 -----------------------------------------------------------------------
   LIPS用             前           9.862        103.1    128.3
  (Schroff11009-043)  後          10.63         100.3    112.8
   東北大CCD用        前          16.13          65.95   131.9
  (中央電子EUPS-30A)  後           6.95            -      67.7
 -----------------------------------------------------------------------

ノイズ対策の後では、LIPS用VMEラック使用時に対して、東北大CCD用VMEラック使用時のノイズが約6割と低くなっている。有意にVMEラックもしくはその電源の相違によるノイズの相違があることが分かった。
CLKAMP入力に10kΩ抵抗接続時の値を比較すると、前回求めたgain～6を用いて、 LIPS用VMEラックで約21e-、東北大CCD用VMEラックで約11e-相当のノイズが載っていることになる。
東北大CCD用のVMEラックの場合、一連のノイズ対策の結果、128.3ADUから67.7ADUまでかなりのノイズ減少に成功した。一方、LIPS用VMEラックでは、その対策の効果が現れていない。(なぜか？)
SIGADC入力とCLKAMP入力間で丁度10倍程度のノイズの相違があるのは、両入力に同程度のノイズが載っており、CLKAMP入力に入ったノイズは、 gain～10に設定されている増幅回路で10倍に強められているのであろう。

混入するノイズは以下に示すように両VMEラックともに極めて周期的なパターンである。ともに周期は約60ADUである。CCD読みだし速度(serial shift)が、9.6 μs/pixelであるので、ノイズ周期は0.58ms(1.7kHz)となる。とくに商用電源の 50Hzとの一致は見られなかった。
オシロでCLKAMP入力に接続した抵抗間のシグナルを見ると、CCD Clock駆動中、明らかに大きくかつ周期的な信号が生じていた。

LIPS用VMEラック使用時のノイズ。振幅には異なるlineにわたって、なめらかで連続的な変動が見られる。程度は2倍以下。