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原文出處:http://pan-starrs.ifa.hawaii.edu/public/design-features/cameras.html

一、CCD 相機的大小

它有4 個大的數位相機,每個都有14 億(1.4 billion)像素,分布在40 平方公分大小的晶片上。典型家用的數位相機,大小為幾公厘的晶片上有300 萬像素。

 

二、焦平面上有多少個CCD?

在每個相機的焦平面上,包含了64*64 個CCD 元件,每個元件約600*600 像素,總共約1.4gigapixels。這些CCD應用了最新的技術” orthogonal transfer”直角轉移,每個CCD 有8*8 個矽晶片排成orthogonal transfer array (OTA),每個5 立方公分所以共有64 個OTA 在每個望遠鏡的焦平面上。

 

三、為什麼要那麼多CCD?

 1. 小的CCD 讀出速度比一大塊CCD 快

 2. 一塊CCD 在製造技術上總會有缺陷,我們把焦平面分成4 小塊,可以降低晶片缺陷造成的損害,並節省花費與製造時間。

 3. 亮星滲透CCD 很快,CCD 可以使亮星的讀出很快,使得鄰近的CCD 沒有不好的效應。(應該說是防流血吧QQ)

 4. CCD 都運用orthogonal transfer 技術,降低因為地球大氣所造成的模糊不清。

 

四、什麼是orthogonal transfer CCD?

Orthogonal Transfer Charge Coupled Device (OTCCD),它可以做到在焦平面上的影像運動補償。在曝光的時候,選擇亮星作監控,很快將其定位,並立即計算大氣擾動的效應。傳統上"tip-tilt"自適應光學系統,是利用後面的小鏡子作角度上的移動,來補償大氣擾動的效應。OTCCD則是在CCD上以電子轉移(electronically shifting)影像來完成相同的目的,而不是移動鏡子。


五、使用什麼濾鏡在相機上?

Pan-STARRS 在可見光波段比較敏感,但觀測時可稍微延伸到紅外波段,每個相機都用同一套濾鏡:5~6 個可見光濾鏡,放置在焦平面前面的適當位置上。尋找小行星或其他可能潛在危險的物體時,一般是使用寬的濾鏡(g+r+i),可以涵蓋可見光波段0.5~0.8 奈米,這個濾鏡對於太陽系物體的偵測提供最大感光度。另一方面,恆星與星系的觀測資料需包含有顏色的資訊才比較有價值,所以Pan-STARRS 含有標準的光度計:g、r、i、z 濾鏡,與Sloan Digital Sky Survey 用的一樣。另外,對於近紅外線,Pan-STARRS 則使用y 濾鏡(1.0 microns)。

 

六、影像上雜訊的主要來源是?
我們估計,在寬波段濾鏡中,OTCCD 讀出雜訊約5 電子/像素,天空背景約7 電子/像素。當曝光15 秒以上,天空背景造成的雜訊將遠大於讀出雜訊。

 

PAN_STARRS gigabit camera 左圖是PanSTARRS4 個gigabit 相機中的一個的示意圖,透過直徑56 公分的視窗下可看到約30 個OTA 裝置(總共60個),包含光學通路上最後的修正鏡。這4 個位於每一台相機邊緣的藍-灰匣包含OTA 電子讀出裝置。此相機全部的長度有1.5 公尺。

 

 

diagram of OTA

上圖顯示OTA 晶片是由64 個OTCCD 所組成,每個OTCCD 有600*600 像素。

 

 

OTA frontside OTA backside

上圖為OTA 的照片(左正面、右背面),OTA 裝置包含了64 個600 x 600 像素的CCD,以 8 x 8 的方陣排列,每個CCD 都可以獨立控制與讀出。

 

 

OTA image: poor OTA image: good
OTCCD 可以經由電子轉移(electronically shifting) CCD 上影像的方法更正大氣折射造成的影像。上面兩張測試影像是由MDM telescope at Kitt Peak 2.4 米望遠鏡所拍攝,使用orthogonal transfer 導星後,畫質從0.73”改善到0.50”,數個原先看不見的物體變成可以察覺到。

 

下圖為OTCCD 的顯微放大圖。圖寬為0.25公厘。

OTCCD on microscope

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