Infrarot-Kamera für das Skinakas-Observatorium

Im Auftrag der Foundation for Research and Technology Hellas (FORTH) wurde am Fraunhofer IOF eine Kamera für den nahen Infrarotbereich (900 nm – 2500 nm) entwickelt und aufgebaut. Diese Kamera ist seit Mai 2006 am 1,3 m Spiegelteleskop des Skinakas Observatorium der Universität von Kreta im Einsatz.

Um Bildrauschen möglichst weitgehend zu unterdrucken, muss die gesamte Kameraoptik mit Flüssigstickstoff auf 77 K gekühlt und im Vakuum betrieben werden. Der entsprechende Kryostat erlaubt eine variable Lage entsprechend dem Schwenkbereich des Teleskops. Er wurde am Fraunhofer IOF konzipiert und durch eine spezialisierte Firma konstruiert und aufgebaut. Für die eigentliche Kamera wurde ein optisches Design nach Offner /1/ verwendet. Dieses Dreispiegelsystem ermöglicht eine sehr effiziente Streulichtunterdrückung, indem eine gekühlte Blende vor einem der verwendeten Spiegel platziert wird. Aufgrund der beengten Platzverhältnisse im Kryostaten mit seinem Durchmesser von ca. 40 cm musste die Optik sehr kompakt ausgeführt werden. Durch eine Modifikation des Optikdesigns und den Einsatz von aspharischen Spiegeln konnte trotzdem eine beugungsbegrenzte Abbildung realisiert werden. Die Parameter der Optik sind:

  • Öffnung: f/7,7
  • Bildfeld: 20 x 20 mm²
  • Baulänge der Abbildungsoptik: 220 mm
  • OPD < λ/4 bei 1 μm

Damit die Justage der Optik beim Abkühlen erhalten bleibt, wurde ein athermales Design mit Metallspiegeln gewählt. Die verwendeten Spiegel wurden am Fraunhofer IOF durch Einkorn-Diamantbearbeitung in der benötigten Qualität von < 100 nm Oberflächenfehler gefertigt. Die Rauhigkeit der Oberflache ist besser als 5 nm. Zur Selektion interessierender Wellenlangenbereiche wurde ein Filterrad mit 8 Filtern für den Einsatz im Vakuum bei 77 K sowie die zugehörige Ansteuerelektronik entworfen und aufgebaut. Das optische System wurde auf der kalten Platte des Kryostaten montiert. Vor dem Aufbau wurden die Referenzpunkte der eingesetzten Bauelemente mit einer Genauigkeit von < 10 μm vermessen. Die eigentliche Justage erfolgte dann mittels speziell entworfener und ebenfalls genau vermessener Schablonen, die Referenzpunkte für die Positionen der optischen Elemente tragen.

Nach Abschluss der Optikmontage konnten der Detektorchip /2/ und die zugehörige Ansteuerelektronik in Betrieb genommen und das Kamerasystem als Ganzes charakterisiert werden.

 

Literatur:

/1/ Offner, A.: Unit Power Imaging Catoptric Anastigmat, United States Patent 3,748,015, July 24, 1973.

/2/ 1 k x 1 k Hawaii chip, Rockwell Science Center, http://www.rsc.rockwell.com/imaging/hawaii1rg.html.