MOIRCS Introduct

ion

2003.04.22 　小西 真広

Contents

◎MOIRCS の持つ特徴

◎MOIRCS 各部の紹介

　　（ MOS, 光学系 , 検出器系）

◎Future Works

Mechanics

◎MOIRCS ゼミのテーマScience

( 補足：すばる望遠鏡の装置 )

M O I R C S

Multi-Object InfraRed Camera and Spectrograph

『近赤外線多天体分光撮像装置』

多天体 近赤外線 撮像 分光器

◎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

　　・マルチスリットを使った多天体同時分光

約 50 天体 !!

すばるカセグレン焦点

　外 Φ8 分角： z ～ H 撮像

内 Φ6 分角： K 撮像、 z ～K 分光

HAWAII-2

HAWAII-2

CISCO の７倍 !!

（すばるの赤外カメラ）

フィルターターレット

すばる望遠鏡

HAWAII-2

検出器デュワ－

スリットマスク 交換機構

カセグレン焦点面

焦点面デュワ－

◎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

◎MOIRCS の中身

マスクデュワースリットマスクが 24 枚収納出来る．

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．）

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）

ゲートバルブ本体デュワーと切り離す事が出来る．

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）

1mm

0.1mm

◎ スリットマスク：直径１８０ mm 、厚さ５０～７０ μm のアルミニウムの板

磁石でマスクが固定される．

デュワーの中心部分

上から見たところ．

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７７ K に冷却される．

（それに合わせて設計している．）

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（ φ ８’）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：１ pixel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

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．

◎ 分散素子：グリズム現在思案 or発注中の仕様は、

　・ 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　　　

(slit width=0.5”)

３、検出器系◎搭載される検出器： HAWAII-2 （ Rockwell社）

　　　　　　（ HgCdTe Astronomical Wide Area Infrared Imager-2 ）◎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 ：＜ 10e-

　 Dark noise ： 0.03e- /pixel/sec ＠78K

デュワーに搭載した様子→

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．

（ http://www.rockwellscientific.com/）

３、検出器系

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 ）

2048×2048 pixel HgCdTe array （検出器部）

インジウム粒

天体光

Motohara 2000 PhDユニットセル

◎HAWAII-2 の構造

・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)

Linux&DSP ボード フロントエンド回路 検出器

clock

signalsignal

clock

Direct Read Out 方式

Correlated Double Sampling法

◎MOIRCS の最新のレイアウト

Slit mask exchange unit

Main dewar

Support structure

Peripherals

opticsdetector

Peripherals

Slit mask exchange unit

Main dewar

Support structure

opticsdetector

Slit mask exchange unit

Main dewar

Support structure

Peripherals

opticsdetector

Main dewaropticsdetector

Slit mask exchange unit

Support structure

Peripherals

Support structure

Slit mask exchange unit

Main dewar

Peripherals

opticsdetector

Slit mask exchange unit

Main dewar

Support structure

Peripherals

opticsdetector

2002年すばる UM （鈴木）より

◎MOIRCS 各部の名称

直線導入器焦点面デュワー

マスクデュワー

冷凍機

オクタゴン１

オクタゴン２

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

ゲートバルブ

スロート部

本体デュワー

スリットマスク交換機構

◎Future Works

・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．

全体

各部

2003年秋　ファーストライト予定

・ 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）

◎ 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 密度相関ｰ

　・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）

◎現在すばる望遠鏡に備わっている装置

・ 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．

（第１期共同利用観測装置）

補足

（第２期共同利用観測装置）

◎ これからすばるに加わる観測装置

・ 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．

補足

1 分角

4 分角

4 分角

4 分角

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

上側の検出器が使っていない部分 0.5 分角

4 分角 0.5 分寄せる 4 分角

Imaging では使わない所

中心の 0.5 分は 2 分割される。

Imaging mode Spectrograph mode