2014年度岡山ユーザーズミーティング（第25回光赤外ユーザーズミーティング): P09

Hiroshima Optical andNear-InfraRed Camera

秋田谷洋 (広島大学・宇宙科学センター)akitaya@hiroshima-u.ac.jp

森谷 友由希, 宇井 崇紘, 浦野 剛志, 川端 弘治, 伊藤 亮介, 神田 優花, 高木 勝俊, 大杉 節,
吉田 道利 (広島大学), 中島 亜紗美 (名古屋市科学館), 山下 卓也, 中屋 秀彦 (国立天文台)

1 ＨＯＮＩＲについて

2

波長 (μm)Optical Arm

IR Arm #1(*1)

0.5-1.0

1.15-2.40

Pixel Scale0”.29/pixel
10’ × 10’

撮像

視野フィルターB(*2), V, Rc, Ic, Y

Y, J, H, Ks

装置効率(望遠鏡含)

4%(B), 21%(V),
20%(Rc, I)

21%(J), 29%(H),
21%(Ks)

分光スリット
波長帯 (μm)

0.4-1.0

1.1-1.4

1.5-2.4

グリズム

BK7300 gr/mm

BK7180 gr/mm

S-FTM16120 gr/mm

分解能 λ/Δλ(0.12mm slit)

440(V)~800(z’)

630(J)

570(H)~600(K)LiYF4 (YLF) Wollaston プリズム+
Super-achromatic 半波長板+
偏光観測用焦点マスク・スリット

偏光検出器

Fig 1. かなた望遠鏡に装着されたHONIR

31”.3 (0.12 mm), 2”.2 (0.2 mm),6”(0.54 mm)種類

完全空乏型裏面照射
CCD (浜松ホトニクス)

HgCdTe VIRGO(Raytheon)

Format2048×4096 pix;
15μm /pix

2048×2048 pix;
20 μm/pix

制御系

Messia V +MFront2

Messia V +MACS2(A) Wollaston
プリズム

偏光観測時には、以下の光学素子を光路に挿入する (Fig. 3)。
A) Wollastonプリズム
・入射光を独立な直線偏光2光路に分離する
B) 半波長板(任意方位角に回転可能）
・入射光の偏光方位角を装置に対して回転させるC) 偏光観測用焦点マスク
・望遠鏡焦点像の約半分を掩蔽する(B) 半波長板(A) Wollaston プリズム

Wollastonプリズム(日東光器; Fig. 4)の素材として、以下の理由からYLF (LiYF4) を用いた。
 0.5-2.4 μm 全体で良好な透過効率 複屈折性が大きい (= 常光Io と異常光Ie の光線分離角度が大きくなる) 偏光分離角の波長分散が小さい(= 偏光撮像時の色収差抑制)
 線熱膨張率の光軸間の差異が小さい (= 冷却サイクルにおけるプリズム貼りあわせの剥離・破壊を防止)
 冷却下で使用された実績がある(~85K;Perrin+08)(B) 半波長板

 Pancharatnam型 super-achromatic半波長板(光学技研) (Fig. 5)
 (Si+MgF2)× 3 = 6層構成、有効径: φ92 mm
 Retardance: 180±9°@ 0.45-2.3μm
 ステッピングモーターによる方位角回転 (ΔPA~0.05°)

(a)

(b)

(*1) 将来は2 arms(1.15-1.35μm、1.45-2.4μm) に分割予定(*2) 低効率

Fig. 5: (a) 半波長板、 (b)半波長板回転機構

偏光観測性能評価(1) 器械偏光
 無偏光標準星の観測により器械偏光を測定・評価した。

(a) 器械偏光の偏光度とその安定性

Fig. 7: 偏光撮像時の器械偏光。 (a) 可視バンド、 (b) 近赤外線バンド、 (c) 器械偏光の大きさ(赤点)とその変動(誤差棒)(b) 視野内における分布
RC および Jバンド偏光撮像において、10分角視野内の器械偏光の分布を調査した (Fig. 9)。
視野内の器械偏光の変動 (標準偏差)• RCバンド : ~ 0.10 %• Jバンド : ~ 0.24 % 可視光での器械偏光は小さく安定している。
0.1%精度の偏光測定に大きな支障はない。
 近赤外線およびBバンドで、器械偏光とその変動が大きい場合がある。より詳細な特性(装置姿勢に対する依存性など)を調査し、器械偏光較正の精度を向上させる必要がある。

4

Fig. 9: 10分角視野内での器械偏光の分布
Fig. 8: 偏光分光観測時の器械偏光安定性。複数の観測日における無偏光標準星の q, u スペクトル初期観測(2) 超新星(a)(b)

Fig. 11: 星間偏光の測定例。(a) 偏光撮像、(b) 偏光分光。
Whittet+92による過去の偏光度・偏光方位角測定値も併せて示した。

ColdStopDM(C) 偏光観測用
焦点マスク

Grism-filterturrets

NIR detector(VIRGO 2K)

Optical detector(HPK CCD)

Fig. 3: HONIRの光学素子配置

(a)

(b)

34 mm (effective φ30mm)

Fig. 4 : YLF Wollastonプリズム(C) 焦点マスク

Wollastonプリズムで分離したI I
偏光2成分(Io 、Ie)の像が検出器
0.7’
λN
I I
上で重ならないように、等間隔のE離散的な開口またはスリットが9.7’設けられている (Fig. 6).
 偏光撮像用 :9.7' x 0.7' x 5 slots
 偏光分光用 :2.2" x 45" x 5 slits(λ/Δλ~200-600)
スリット端での偏光生成を抑制するため、金属ではなく、マシナ Fig. 6: 偏光観測用焦点マスク・スリットとブルセラミックス 「マセライトHSP実際の画像取得例。 (a) 偏光撮像、黒 (有明マテリアル)」を用いた。
(b) 偏光分光。
oo

 ワイヤーグリッド偏光フィルター越しの星(100%偏光星)の観測から評価した。
 入射光の偏光度が、短波長側で本来の値より大きく減じられて測定される (Fig. 10(a))。
 おそらくWollastonプリズムに用いているYLF 結晶の特性(複屈折性による偏光変換)に起因。
 通常観測時の偏光度に対して補正が必要である。
 最も消偏光効果が大きいBバンドにおける補正誤差は、p~5%の天体に対して 0.1 %以下である。

ee• M82に発見された超新星
SN2014J• B~Ks偏光撮像を実施。
• 短波長側で大きな偏光度。
時間安定→ 偏光はM82中星間偏光が主。ダスト平均サイズが < 0.1 μmと非常に小さいことを示唆。

Fig. 12: SN2014Jの偏光撮像 (Kawabata et al. ApJL, submitted )

(a)

(b)

(3) 偏光方位角

 天球座標系に対する装置のオフ
セット角度は、偏光方位角が既知の強偏光標準星の観測から決定する。
 複数の強偏光星から評価したオ
フセット角決定精度は ±0.1°以
Fig. 10 ワイヤーグリッド偏光フィル内であった。
ター越しの星(100%偏光星)の
 半波長板の光軸方位角は波長(a) 偏光度波長依存性、 (b) 偏依存性をもつ(Fig. 10(b); 偏光
光方位角波長依存性。赤: 偏光フィルター越し100%偏光星を用
分光、青: 偏光撮像
いて測定)。通常観測時の偏光方位角に対して補正が必要である。

5(1) 星間偏光

Dichroicmirror (DM)

Grismfilter
turrets(2) 消偏光効果

直線偏光測定手法 : 検出器上に同時に結像される直線偏光2成分(Io および Ie)の画像もしくはスペクトルを、4つの半波長板方位角 (0.0, 45.0, 22.5, 67.5°)それぞれで取得。これらに右式(Kawabata+99)を適用。偏光測定量 (q=Q/I と u=U/I) を導出。

偏光撮像: Ｖ~Hバンドの偏光度 (pinst) は~0.05-0.09 % 、その変動はσpinst~0.040.12% 程度。B、 Ksバンドでは pinst ~ 0.2 %および σpinst~0.2-0.3 % であった。(Fig. 7)
偏光分光: 可視波長域では, pinst < 0.05% お
よび σpinst~0.05%。近赤外線波長域では pinst~ 0.2-0.3 % およびσpinst ~ 0.2-0.3% であった。
(Fig. 8)

将来拡張

Stellar light• 東広島天文台1.5-m かなた望遠鏡用の観測装置。可視 (0.5-1.0 μm) 、近赤外線 (1.1-2.4 μm)の同時撮像・分光・偏光観測が可能 (Fig. 1, 2; Table 1 ;Sakimoto+12; Akitaya+14)。
• 2013年までに「撮像」「分光」機能を搭載し観測運用に提供した。
• 2014年1月に偏光素子を設置した。これにより、直線偏光の「偏光撮像」「偏光分光」観測が可能となった。
• 偏光度測定精度0.1%以下を目指している。
Fig. 2: M42の撮像観測例(疑似3色合成)• 偏光観測機能の搭載とその性能評価について報告する。
Table 1 : HONIRの基本性能

偏光観測用の光学系今後の開発方針
 偏光観測精度・安定性の詳細調査 (→ 特に近赤外線での器械偏光の安定性と較正) より分散の高い偏光分光観測の実現 (R~2000)
 近赤外線アレイの16ch同時読み出しシステムの導入(Ui et al. 2014;本UM P10・宇井ほか)
 オートガイダーの導入
 近赤外線armの追加 (→ 3バンド同時観測化)

References
 Akitaya et al. 2014, Proc. SPIE, 9147, 91474O
 Kawabata, et al., PASP, 111, 898
 Perrin et al. (2008), PASP, 120, 555
 Sakimoto et al. 2012, Proc. SPIE, 8446, 844673
 Ui et al. 2014, Proc. SPIE, 9147, 91476C
 Whittet et al., 1992, ApJ, 386, 562

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