【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】大視場相機(jī)是大視場望遠(yuǎn)鏡的核心設(shè)備，而由于單片傳感器大小的限制，對于大視場相機(jī)的焦面沒法使用單片傳感器來滿足大焦面的需求，因此大靶面探測器拼接是大視場相機(jī)的研制的關(guān)鍵技術(shù)。高精度的焦面拼接首先要求高精度的加工和高精度的測量，由于探測器工作溫度往往都是在低溫下，以減小探測器的暗電流，因此需要在常溫以及低溫工況下進(jìn)行測量，以保證探測器在低溫工況下具有良好的平整度，提高探測器的成像質(zhì)量。(注：買儀表，賣儀表就上儀表網(wǎng)！ 看資訊、查訂單…一站式全搞定！)
基于國內(nèi)外天文學(xué)發(fā)展的現(xiàn)狀，把握實(shí)測天文科學(xué)和技術(shù)發(fā)展趨勢，結(jié)合已有研究團(tuán)隊(duì)的人才技術(shù)優(yōu)勢和研究基礎(chǔ)，在多年準(zhǔn)備和積累的基礎(chǔ)上，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)和中國科學(xué)院紫金山天文臺提出共同建設(shè)北半球具備最高巡天能力的光學(xué)時域巡測設(shè)備-2.5米口徑大視場巡天望遠(yuǎn)鏡(Wide Field Survey Telescope，以下簡稱WFST)，搶占時域天文觀測研究制高點(diǎn)。而大靶面拼接主焦相機(jī)正是WFST望遠(yuǎn)鏡的關(guān)鍵設(shè)備，科學(xué)成像采用9片9K×9K CCD芯片拼接而成，設(shè)計(jì)成像靶面直徑達(dá)到D325mm，像面拼接平整度小于PV20um，是國內(nèi)面積最大，達(dá)到國際領(lǐng)先水平的主焦相機(jī)，如圖1所示。從表1可以看出WFST的焦面拼接平整度要求是最高的。主焦相機(jī)的研制首先要解決高精度測量的問題，尤其是在低溫工況下的測量。
表1 國際大型光學(xué)圖像巡天項(xiàng)目利用的望遠(yuǎn)鏡和安裝的CCD拼接相機(jī)參數(shù)表
相機(jī)研制團(tuán)隊(duì)在WFST望遠(yuǎn)鏡副總設(shè)計(jì)師、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理學(xué)院核探測與核電子學(xué)國家實(shí)驗(yàn)室王堅(jiān)教授領(lǐng)導(dǎo)下，進(jìn)行了主焦相機(jī)關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)，包括探測器真空低溫封裝，大靶面探測器高精度測量和拼接，探測器低噪聲低功耗讀出和驅(qū)動，高效相機(jī)控制等。對于大靶面探測器高精度測量，研制團(tuán)隊(duì)攻克了低溫工況下高精度平面度非接觸測量的難點(diǎn)，基于激光三角測量法提出了適合于傳感器低溫封裝工況下的差分三角測量方法(Differential Triangulation Measurement)，在真空封裝下的測量誤差不超過0.5%，重復(fù)測量精度能達(dá)到±2μm。并在此基礎(chǔ)上完成DTS測量儀的研制(如圖2所示)，并最終完成WFST主焦相機(jī)低溫工況下的測量，如圖3所示。目前WFST主焦相機(jī)已經(jīng)完成研制，運(yùn)往冷湖和望遠(yuǎn)鏡本體進(jìn)行安裝和聯(lián)調(diào)聯(lián)測。
圖1 WFST主焦相機(jī)及其焦面拼接
圖2 高精度測量儀DTS
相關(guān)成果于2023年7月發(fā)表在測量和儀器的知名雜志IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement。
本工作獲得中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)培育基金，重要方向培育基金，國家自然科學(xué)基金委，雙一流學(xué)科建設(shè)，深空探測實(shí)驗(yàn)室前沿科研計(jì)劃的資助。(核探測與核電子學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、深空探測實(shí)驗(yàn)室、物理學(xué)院、科研部)
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