第4回可視赤外線観測装置技術ワークショップ@国立天文台三鷹	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  2014/12/03~04近赤外多天体分光カメラSWIMS:	  SWIMS	検出器読み出しシステムの開発と評価	
  *藤堂 颯哉 、舘内 謙、本原 顕太郎、小西 真広、高橋 英則、北川 祐太朗、小早川 大、加藤 夏子	(東京大学天文センター)*Email: todo@ioa.s.u-tokyo.ac.jp	3.2.単独駆動でのノイズ評価東京大学では、チリ・アタカマ高地のチャナントール山頂にTAO6.5m望遠鏡を建設中である。我々は、TAOの第1期近赤外観測装置として、Simultaneous-­‐color	  Wide-­‐ﬁeld	  Infrared	  Mul^-­‐object	  Spectrograph	  (SWIMS;	  Figure1)を開発中である。SWIMSには2つの焦点面があり、それぞれに検出器を2台ずつ並べて読み出す(将来的には各Figure	  1:	  SWIMSデュワーとSWIMS開発焦点面に4台ずつとする)。	  
チーム。	  

試験①の測定結果、CDS読み出しノイズは~17e-­‐となった(Table	  2)。また、Figure	  5に示したように、ASICの読み出しCHによって交互に低ノイズと高ノイズが出現した。	  
さらに、試験①と試験②との比較をFigure	  6に示す。ノイズは1.2-­‐1.5倍と大きくなり、平均で~24e-­‐となった(Table	  1)。	  

SWIMSに使用する検出器と読み出し回路:HAWAII-2RG (H2RG, 2.5um cutoﬀ)
4×	   SIDECAR ASICJADE2 card (または SAM card)試験②、単独駆動の結果	1.TAO/SWIMSTeledyne	  Imaging	  Sensors(TIS)社	  から購入	●TISケーブルでの結果	  ●OKIケーブルでの結果	  	偶数CH	

1.5倍	
1.3倍	奇数CH	1.0倍	試験①の結果	• 試験②では、奇数CHの全体ではなく、64pixのうち始めの36pixのみノイズが大きくなる(Figure	  7)	  SWIMSの検出器読み出しシステムをFigure2に示す。H2RGからのアナログ信号はSIDECAR	  ASICでデジタル信号に変換され、JADE2	  cardに伝送される。	  TIS社提供のものでは長さが不十分だったため、我々は回路間のフラットケーブル(1.5m)をSWIMSデュワー用に新しく開発した(Figure	  3)。	  

– 試験①では見られなかった現象。36pix以外のノイズは試験①と同レベル。	  – 参照電圧などの駆動パラメータの調整によってこの現象を解消できないか調査中。	  • 試験②での電源まわりの環境(Figure	  8)	  – 試験①との違いを考えると、ノイズ対策として、JADE2	  Cardの筐体からの絶縁が挙げられる。	  

Light	  Path	  	SIDECAR	  ASIC	  デュワー筐体	Blue	  Arm	  H2RG	  Cold	  Op8cs	  H2RG	  SIDECAR	  ASIC	  Detector	  Control	  PC	  (red)	  (CentOS)	  	  Socket	  Communica^on	  	  	  VM	  Virtual	  Machine	  	  (Win)	(Windows)		  Red	  Arm	  JADE2	  Card	  SIDECAR	  フラット
ASIC	ケーブル	Asynchronous	  TCP/IP	  Communica^on	  SWIMS	  Main	  Dewar	USB2.0	

常温	  プレート	コールド	  H2RG	 プレート	SWIMS	  Control	  PC	  (CentOS)	Flat	  Cable	  (Length:	  1.5m)	  理的な破損によるものであり、今回の評価では除外する)。	

Figure	  6:	  CHごとのノイズ測定結果。試験①と試験②を比較したもの。	  
ASIC-­‐JADE2間のケーブルにTIS社のものを採用した場合と沖電線のものを採用した場合で結果はほとんど変わらない。	

2.検出器読み出しシステムDichroic	  mirror	  Figure	  5:	  試験①の標準偏差フレーム(=ノイズフレーム)。CHごとにカウントの縞ができている (ただし、特に悪い2つのCHはASICコネクタの物

PC	JADE2	  Card	  シールド線	  DC電源	3.3.同時駆動でのノイズ評価OKIケーブルを用いるとTISの>３倍ノイズが増加するという結果が得られた(Table	  2)。Figure	  9に明らかなように、この増加は短周期(~10Hz)のノイズ増加によるものである。	  

ケーブル製作は沖電線(以下、OKIと略称)に依頼した。	
• 2層積層	• ライン太さ	  – 電源ライン:	  0.3mm	  – LVDSライン:	  0.12mm	  バイアス/ Vreset	参照電圧	 Dsub	0.3715V	VrefMain	試験②、2台同時駆動の結果	5.66	  (#10)	

試験	

①	  

②	  cable	Ginsan	  (TIS)	

平均	17	24	23	24	30	92	33	標準偏差	2	5	4	4	9	20	

9	

最大値	20.4	33.1	30.3	32.0	45.0	

130	

48	

最小値	14.3	17.6	17.4	18.3	20.0	

48	

22	偶数CH平均	16	19	20	21	22	

94	

24	奇数CH平均	19	29	26	28	39	90	41	

TIS	  OKI	  ケーブル間の干渉によってこのような増加が起きていることを疑い、Figure	  10のようにOKIケーブルにシールドを追加して試験を行った。その結果、ノイズはTISケーブルを使用した場合と同程度になった(Figure	  11)。	  
このことから、ケーブルは、TIS製と同じように干渉を受けないように設計すべきであることがわかった。	  

3.1.セットアップPreAmpゲイン	2台同時駆動	  単独駆動	  OKI-­‐shield	  TIS	  OKI	  

OKI-­‐shield	  Table	  2:	  試験①と試験②の全ての結果まとめ。	

3.検出器ノイズ評価32CH	Figure	  7:	  試験②の標準偏差フレーム(=ノイズフレーム)。一部を拡大したもの。	

in	
  e-­‐	Figure	  3:	  SIDECAR	  ASICとJADE2	  Cardに接続した新フラットケーブル。	  

読み出しチャンネル数	+5.5V	  Gnd	Figure	  8:	  試験②、単独駆動試験での電源環境。	  
JADE2内でDCとUSBのGNDは導通している。	

Figure	  2:	  検出器読み出しシステムの概念図。	  

100kHz	36pix	読み出し方向	Detector	  Control	  PC	  (blue)	  (CentOS)	  	  	  	  Virtual	  Machine	  
VM	  	  (Windows)	(Win)		  ピクセルレート	

0CH	 1CH	 2CH	 3CH	36pix	

USB	  2.0	  Cable	  検出器本来のスペックを測定するため、まずは簡易的なセットアップで検出器1台の駆動でのノイズを測定し(試験①)、次にSWIMSを想定した環境で検出器1台/2台を駆動してのノイズを測定した(試験②)。それぞれのデュワーの様子をFigure	  4に示す。今回採用した駆動パラメータはTable	  1の通りである。	  

64pix	0.6217V	1.6031V	Table	  1:	  SIDECAR	  ASICの駆動パラメータ。	

拡大図:	  一部のpixelに縦ラインが入っている	OKIケーブル	

TIS	OKIシールドケーブル	

OKI	Figure	  9:試験②で2台同時駆動をしたとき、ケーブルによるCDSフレームの違い	TISケーブル	試験①の結果	

試験①	

試験②	Figure	  11:	  CHごとのノイズ測定結果。試験①と試験②の同時駆動をケーブルごとに比較したもの。	

20cm	  検出器(Mul^plexer)	Figure	  10:	  アルミホイルによるシールドを施したOKIケーブル。	

4.まとめと今後の予定検出器カセット:	
  	  SIDECAR	  ASICはこの内側	フラットケーブル	70cm	  検出器 w/	  IRフィルター	JADE2	  Card	SIDECAR	  ASIC	• 小さいデュワーでの試験	  • TIS社のケーブルを使用	  • JADE2	  Cardは常温常圧のデュワー外に設置	  ••••大きいデュワーでの試験	沖電線製の独自ケーブル使用可能	JADE2	  Cardは常温真空のデュワー内に設置	検出器カセットなど、SWIMS搭載時と同じセットアップ	Figure	  4:	  試験①と試験②のセットアップ。	
  • SWIMSの駆動環境を想定したセットアップでは、簡易的なセットアップと比べて~1.3倍のノイズ増加があった。	  
• さらに、検出器2台を同時に駆動した場合、ケーブル間の干渉によりノイズが増加することがわかった。	  	  これらの問題への対処法を調査し、2014年度内にSWIMSへ検出器をインストールして駆動することを目指す。	  	  今後の予定	  〜2015	l SWIMSデュワーへの検出器システムインス
トール	  l SWIMSデュワーでの冷却試験	
  l 高度軸傾け光学試験	  〜2016	l ハワイ観測所へ搬送	
  l Subaru取り付け	
  l ファーストライト