4 de diciembre 2001

Michael Richer, Simon Kemp y Leonel Gutierrez

richer@astrosen.unam.mx

Este CCD SITe se compró de PixelVision, Inc. de Tigard, Oregon, EEUU. Este detector tiene pixeles de 24 micras en un formato 1024´ 1024. Se enfria con una cascada de tres celdas termoelectricos que a su vez están enfriadas por circulación de aceite de silicio a -30°C. Se puede leer el CCD a dos velocidades, 50 y 454 kHz, cada una con una ganancia útil. La adquisición de imágenes se hace con el programa PixelView y no con PMIS.

En general, este CCD parece muy adecuado para imagen directa en banda ancha. Su ruido de lectura, carga espuria, corriente oscura y respuesta fotométrica son muy parecidos a los del SITe1 que tenemos desde varios años.

La noche del 19 de abril 2001, tomamos secuencias de campos planos y bias para determinar los parámetros de este CCD y verificar su linealidad. El controlador indicaba una temperatura del CCD de -39°C. El CCD estuvo configurado para tener 72 columnas de overscan.

Las noches del 15-20 de mayo 2001, hicimos una variedad de otras pruebas para verificar los resultados anteriores y calibrar la respuesta fotométrica. El controlador indicaba temperaturas entre -33°C y -38°C.

Según el reporte final de PixelVision, los pixeles tienen un pozo total de 220k electrones.

El modo de ganancia high a 50 kHz, no parece interesante por su alta corriente oscura. Igualmente, el modo de ganancia low a 454 kHz no es útil por ser nolineal, aparte de tener un alto ruido de lectura. Entonces, las dos combinaciones útiles son baja ganancia a baja velocidad de lectura y alta ganancia a alta velocidad de lectura.

La corriente oscura depende de la temperatura del CCD y cambia por un factor de dos con cambios de aproximadamente siete grados en temperatura. El valor indicado es el medido para una temperatura de -39ºC.

La tabla muestra el número de electrones/segundo detectados para una estrella con magnitud y color de 0.0 mag en el cenit (a una masa de aire de 1.0). Comparado con el SITe1, el SITe2 tiene una respuesta fotométrica muy similar en las bandas UVRI y un poco mejor en la banda B.

la respuesta fotométrica: Se calculó a partir de observaciones de las estrellas estándares PG1323-086, SA103#302 y PG1530+057 (Landolt 1992) que se obtuvieron la noche del 16 de mayo. Los datos fueron adquiridos en modo de ganancia low a 50 kHz.

la ganancia y el ruido de lectura: Se usó el programa findgain de IRAF con pares de bias y campos planos. Las ganancias que encontramos confirmaron las reportadas en el reporte final de PixelVision. El ruido de lectura es similar al reportado este mismo reporte para lectura a 454 kHz, pero aproximadamente dos veces más alto a 50 kHz.

la corriente oscura: El 19 de abril, obtuvimos una serie de bias y una imagen "oscura" de diez minutos sin abrir el obturador. Se quitó el overscan de los bias y se construyó la imagen de cero tiempo de exposición. Se quitaron el overscan y la imagen de cero tiempo de la imagen oscura y se calculó la mediana en el centro de la imagen. El 16 de mayo, obtuvimos una serie de 10 imágenes oscuras de 15 minutos y una serie de bias. Siguiendo el mismo proceso, encontramos una corriente oscura de 58 e/pixel/hora para una temperatura de -33ºC. Dada la diferencia de temperatura durante las dos pruebas, este aumento en la corriente oscura es del orden esperado. Estamos trabajando en bajar la temperatura del CCD con el objetivo de disminuir la corriente oscura.

la carga espuria: Se promedió 50 líneas en el centro de una imagen de bias y se midió la diferencia entre el overscan y el resto de la imagen.

el padrón del obturador: Dividimos un campo plano de 30s por otro de 1s (quitando el bias de ambos) y no vimos ningún padrón del obturador.

la linealidad: Investigamos la linealidad usando secuencias de imágenes de bias y campos planos. Cada secuencia consistió en unos imágenes de bias y entonces dos series de campos planos. Un serie de campos planos tuvo tiempos de integración creciendos para alcanzar niveles de iluminación hasta saturar el convertidor análogo-digital del detector. Intercalado entre las exposiciones de este serie de campos planos, tomamos otro con tiempos de exposición fijo en 1 segundo para monitorear la constancia del brillo de la lámpara. Se quitó el overscan de todas las imágenes. Se promedió los bias para crear una imagen de cero tiempo de exposición (básicamente la carga espuria y la estructura en el bias). Se quitó esta imagen de todas los campos planos. Para la serie de campos planos con tiempo cresciendo, se les dividió por el promedió de los campos planos de 1s tomados antes y después y por el tiempo de exposición. Así, comparamos el señal observado en el campo plano con el señal esperado. Se graficó este cociente en función del tiempo de exposición.

El CCD se maneja con el programa PixelView. Este programa se encuentra en la carpeta "PixelView 3.21 & SDK" en el escritorio de la pc de control del CCD.

PixelView presenta una ventana con menus y botones en la parte superior. El resto de la ventana se ocupa con imágenes. Aunque el uso del programa en si es bastante evidente, es bastante diferente del manejo del PMIS. Otro punto importante es que los encabezados casi no llevan ninguna información observacional, por lo cual será importante mantener una bitacora precisa y completa. En un futuro no demasiado lejano, esperamos escribir unos macros para que se parece más al manejo con PMIS.

El programa se maneja de manera muy sencilla con un interfaz gráfico del estilo estándar de Windows. Hay un campo en la barra de herramientas en donde se pone el tiempo de exposición (en milisegundos). Cabe notar que se tiene que actualizar el tiempo de exposición con el botón "Update" cada vez que se cambia el tiempo de exposición. Se inicia una exposición picando el icono de la cámara. Desafortunadamente, no hay un indicador que cuanto tiempo ha transcurido. Se salvan las imágenes picando el icono del diskette.

Para enfocar o centrar se puede leer continuamente una subsección del CCD (ROI = Region Of Interest = Región Obviamente Interesante). A pesar de lo que dice el manual de PixelView, para que esto funcione, la ROI debe incluir o la primera o la última línea del CCD. En general, esto requerirá que se lee un área más grande del CCD que se leería normalmente con PMIS, pero se puede fácilmente ampliar la imagen y funciona razonablemente bien. La ROI se define vía el menu Control/Camera Setup/ROI, definiendo las líneas y columnas límites y seleccionando "Single ROI". PixelView requiere una ROI "simetrica" y, si la ROI pedida no lo es, añadirá automáticamente unas líneas o columnas para que lo sea (no explican que es una ROI simetrica y no hemos adivinado su definición todavía, pero no impide su buen funcionamiento). Para leer una ROI continuamente, es necesario primero tomar una imagen, ampliandola si acaso, definir el tiempo de exposición y finalmente escoger el menu Acquire/Continuous, lo que iniciará la lectura continua de la ROI. Para parar la lectura continua de la ROI, oprima la tecla "Escape". Es necesario regresar a Control/Camera Setup/ROI y seleccionar "No ROI" una vez enfocado o centrado, sino la cámara seguirá en este modo para las siguientes imágenes.

Para evitar que se abre el obturador, es necesario poner el interruptor del obturador (indicado como "shutter") en el controlador del CCD (puesto en el telescopio) en la posición "Closed". Para los bias, elija un tiempo de exposición menor a 1ms. Para los dark, elija el tiempo de exposición que conviene. Para otros tipos de imágenes, pon el interruptor del obturador en la posición "Timed".

La velocidad se controla por el valor del parámetro Pixel Period en el menu Control/Camera Setup/Rate. Para lectura a 50 kHz, este parámetro tiene el valor de 19.9 microsegundos, y para lectura a 454 kHz, 2.2 microsegundos. Hemos creado un par de configuraciones llamadas "lenta" y "rapida" que corresponden a velocidades de lectura de 50 kHz y 454 kHz, respectivamente.

Nuestras configuraciones básicas para el SITe2 se cargan con el menu Control/Load Library Settings... y entonces escogiendo la opción "lenta" para lectura a 50 kHz (en modo de ganancia low) o "rapida" para lectura a 454 kHz (en modo de ganancia high). Con estas configuraciones, será necesario solamente la definición de la ROI en su momento. Las configuraciones "lenta" y "rapida" incluyen 72 columnas de overscan.

Para los que quieren conocer o investigar los detalles, se configura el CCD vía las páginas que se abren con el menu Control/Camera Setup. Se recomienda los valores:

• en la página CCDs: X (columnas) = 1096, Y = 1024, binning = 1, 1, channels = 1, temperature = 172 K (opción sujeta a cambiar)
• en la página Orientation: dejamos todo en sus valores por defecto
• en la página Exposure: exposure mode = software trigger
• en la página ROI: no ROI (hasta que se requiera centrar o enfocar y entonces se cambia a Single ROI)
• en la página Control: gain = high o low (según la secuencia), interrupt mode = frame mode
• en la página Rate: dejamos todo en sus valores por defecto
• Para acceder a estas páginas, es necesario escoger Tools/Options/Expert Mode.

• Todos los tiempos se miden en milisegundos, salvo unos en el menu Control/Camera Setup/Rate.
• Al parecer, es imposible obtener una exposición de 0.0 ms, pero se puede pedir imágenes con tiempos de integración menor a 1ms.
• Para efectuar un cambio de tiempo de exposición, es necesario cambiar el tiempo indicado en la barra de herramientas y empujar el botón "Update".
• Con el interruptor del obturador en la posición "Closed", la temperatura indicado por el controlador siempre está más alta que cuando el interruptor está en la posición "Timed". No sabemos porque y estamos en contacto con PixelVision para investigar este asunto.
• Cada imagen abre su propia ventana dentro de la ventana de PixelView. Se puede cerrar todas las ventanas abiertas con el menu Window/Close All, pero tendrán que confirmar la eliminación de imágenes que no fueron salvadas (imágenes de foco, centraje, etc.).
• A veces, la cámara no se lee suficientemente rápidamente, lo que anuncia con el mensaje "Timeout while capturing image!". No hay manera de recuperar tales imágenes. Aun peor, el programa presenta una copia de la imagen anterior en la ventana de la imagen activa. Desafortunadamente, este error parece ocurrir con mucha frecuencia en imágenes con tiempos de exposición que exceden 15 minutos. (Sucede también con imágenes cortas.) Estamos en contacto con PixelVision para tratar de resolver este asunto.
• Las imágenes están corridas en la dirección horizontal: Las primeras 16 columnas de la imagen son realmente las últimas 16 columnas. Afortunadamente, la definición de la imagen puede tener dimensiones mayores al tamaño físico del CCD, así agregando un área de overscan a la imagen. Se recomienda fuertamente incluir al menos 16 columnas de overscan para evitar que se corrumpa la imagen física. Las configuraciones que hemos creados incluyen 72 columnas de overscan.
• Para imágenes individuales, no parece haber una manera de salvarlas automáticamente y es necesario salvar cada imagen separadamente.
• Se puede salvar las imágenes en varios formatos, pero estos tienen que seleccionarse cada vez que se salvan imágenes.
• El programa salva las imágenes automáticamente solamente durante secuencias de imágenes. Cada secuencia de imágenes necesita un nombre raíz distinto.

Agradecemos a Antolín Cordova, Eduardo López, Francisco Murillo, José Luis Ochoa y Jorge Valdez para la instalación del sistema y la solución o investigación de varios problemas fundamentales.