Transcript MOIRCS紹介ゼミ - Tohoku University

MOIRCS Introduction
2003.04.22
小西 真広
Contents
Mechanics
◎MOIRCSの持つ特徴
◎MOIRCS各部の紹介
（MOS,光学系,検出器系）
◎Future Works
Science
◎MOIRCSゼミのテーマ
(補足：すばる望遠鏡の装置)
MOIRCS
Multi-Object InfraRed Camera and Spectrograph
多天体
近赤外線
撮像
分光器
『近赤外線多天体分光撮像装置』
◎MOIRCSグループのメン
バー
鈴木竜二、東谷千比呂
（東北大学/国立天文台）
市川隆、勝野由夏、小西真広、
馬場淳一、吉川智裕
（東北大学）
山田亨
（国立天文台三鷹）
小俣孝司、西村徹朗
（国立天文台ハワイ観測所）
◎MOIRCSの持つ主な特徴
・0.8～2.5μmの近赤外線の波長域
（ｚ，J，H, K’，KバンドとNBフィルター）
・最大４分×７分角の広視野撮像
HAWAII-2
CISCOの７
（すばるの赤外カメラ）
外Φ8分角： z～H撮像
倍!!
すばるカセグレン焦点
HAWAII-2
内Φ6分角：K撮像、z～K分光
・マルチスリットを使った多天体同時分光
約50天
体!!
◎MOIRCSの中身
スリットマスク
交換機構
すばる望遠鏡
焦点面デュワ－
カセグレン焦点面
フィルターターレット
検出器デュワ－
HAWAII-2
◎MOIRCSの中身
１、スリットマスク
交換機構
２、光学系
３、検出器系
１、スリットマスク交換機構（MOS機構）
直線導入器
ロボットアームを動かす．
（0.01mm精度でマスクを操る）
マスクデュワー
スリットマスクが24枚収納出来る．
ゲートバルブ
本体デュワーと切り離す事が出来る．
この下に専用の冷凍機がある．
（熱輻射を抑えるため150Kに冷却される．）
マスク交換時に非常に便
利！
１、スリットマスク交換機構（MOS機構）
◎スリットマスク：直径１８０mm、厚さ５０～７０μmの
アルミニウムの板
デュワーの中心部分
上から見たところ．
0.1mm
1mm
磁石でマスクが固定される．
放電加工機（EDM）で加工．
１、スリットマスク交換機構（MOS機構）
◎マスク交換手順
１．観測に必要なスリットマスクを
用意してカルッセルに収納し、
予め真空･冷却しておく。
２．カルッセルが回転し、目的のマ
スクが直線導入器の前に来る。
３．ゲートバルブが開き、直線導
入器がマスクをつかむ。
４．直線導入器がマスクをカセグ
レン焦点面まで引きずり出す。
５．ゲートバルブが閉まったら、
観測開始。
常温での動作は確認済み．
（全行程：約15分）
２、光学系
ウィンドウ
すばるカセグレン焦点面
視野分割鏡（頂角90°）
コリメータ(3 群 4 枚)：球面レンズ
フィルター＆グリズムターレット, コー
ルドストップ
カメラレンズ(2 群 6 枚)：球面と放物
全体が７７Kに冷却される．
（それに合わせて設計してい
２、光学系
◎光学系の仕様（目標）
F値（サンプリングレート）：3.926（0.117″/pixel）
波長域
：0.8～2.5μm
コリメート光径
：φ50mm
透過率
：50％以上（ただし光学系のみ）
Ensquared Energy：70% in 2pix(視野全域（φ８’）で)
80％ in 2pix(最大視野の80％（φ6.4’）で)
軸上色収差：各バンドで140μm以内
倍率色収差：１pixel以内（18μm以内）
2.41μm
２、光学系
◎視野分割鏡
HAWAII-2（後述）の性能とすばる望遠
鏡（口径8.2m）の集光力を最大限に活
かすための仕組みで，１光路の場合よ
り最大2倍程度多くの天体の分光を行う
ことができる。
２、光学系
◎分散素子：グリズム
現在思案or発注中の仕様は、
(slit width=0.5”)
・R～500でｚ&Jバンド
・R～500でH&Kバンド
・R～1300でJ,H&Kバンド
レンズマウント
アラインメントが終了した
オプティカルベンチ
現在は本体デュワーに組み込んでの冷却テスト待ち．
３、検出器系
◎搭載される検出器：HAWAII-2（Rockwell社）
（HgCdTe Astronomical Wide Area Infrared Imager-2）
（http://www.rockwellscientific.com/）
◎仕様(公表値)
素子数
：2048×2048 pixels
Pixel size
：18.0μm/pixel
量子効率
：約60％（＠0.8～2.5μm）
Readout noise：＜10eDark noise ：0.03e- /pixel/sec ＠78K
高い量子効率、低いdarkとreadout noiseを持つ
世界最大の赤外センサー．
デュワーに搭載した様子→
３、検出器系
◎HAWAII-2の構造
天体光
2048×2048 pixel HgCdTe array（検出器部）
インジウム粒
ユニットセル
Motohara 2000 PhD
2048×2048 ユニット・セル シリコン マルチプレクサ
（読み出し部：通称MUX）
・マルチプレクサ（読み出し部）とHgCdTe（検出器部）を インジウムの粒で
貼り合わせた構造.
・マルチプレクサは4象限（1象限は1024×1024 pixels）が独立に駆動する.
・マルチプレクサの駆動テスト 終了
・エンジニアリンググレードの駆動テスト及び性能評価 終了
３、検出器系
◎TUFPAC ( Tohoku University Focal Plane Array Controller)
Correlated Double Sampling法
Direct Read Out 方式
signal
signal
clock
Linux&DSPボード
clock
フロントエンド回路
検出器
◎MOIRCSの最新のレイアウト
Slit mask exchange unit
Main dewar
optics
detector
Support structure
Peripherals
2002年すばるUM（鈴木）より
◎MOIRCS各部の名称
ゲートバルブ
スリットマスク
交換機構
直線導入器
スロート部
焦点面
デュ
ワー
マスクデュ
ワー
冷凍機
オクタゴン１
オクタゴン２
本体デュ
ワー
ファットセクション
オクタゴン３
検出器
デュ
ワー
冷凍機
◎Future Works
各部
・MOSの冷却駆動実験．
・サイエンスグレードの駆動・性能評価．
（・32チャンネル化への改良）
全体
・予冷配管、MLIなどの組み込み
・本体デュワー内に光学系（レンズは無し）を組み込んでの
冷却テスト．
・レンズをインストールして常温時、冷却時の 光学性能評価．
2003年秋 ファーストライト予定
◎これまでに行なったMOIRCSゼミのテーマ
撮像・分光
・近赤外でのLyα輝線天体の検出
分光
・High-zの渦巻き銀河のrotation curve
撮像
・銀河のバルジ・ディスク分離
・渦巻き銀河のバルジの構造と形成
・ERO観測
・遠方銀河の形態ｰ密度相関
・銀河の光度関数
・銀河団の近赤外光度関数
・CISCOのdeep survey
・バイアスパラメタ（質量分布と銀河分布）
補足
◎現在すばる望遠鏡に備わっている装置
（第１期共同利用観測装
置）
・Suprime-Cam・・・大型望遠鏡唯一の主焦点カメラ．Φ30分の広視野を持つ．
・FOCAS・・・可視光での分光撮像偏光装置．
マルチスリット多天体分光モードを持つ．
・CISCO/OHS・・・近赤外線でのOH夜光除去分光器．CISCOはそのカメラ部．
・COMICS・・・中間赤外線での分光撮像装置．
・CIAO・・・コロナグラフを持つ．分光・偏光も出来る.
・HDS・・・可視光での高分散分光装置．大型望遠鏡の中では最高分散．
・IRCS・・・近～中間赤外線での分光撮像装置．
・AO･･･波面補償光学装置（補助装置）．
以上７+1台．
補足
◎これからすばるに加わる観測装置
（第２期共同利用観測装
置）
・MOIRCS・・・近赤外線でのカセグレン焦点撮像、
スリット多天体分光．
・FMOS・・・近赤外線での主焦点撮像、
ファイバー多天体分光．
MOIRCS intro(2003/04/22) 訂正資料
◎すばるカセグレン視野とＨＡＷＡＩＩ-2の位置関係
下側の検出器が
使っていない部分
0.5分角
4分角
1分角
上側の検出器が
使っていない部分
0.5分角
4分角
4分角
Imaging mode
4分角
Imagingでは
使わない所
中心の0.5分は
2分割される。
0.5分寄せる
Spectrograph mode
4分角