可視赤外線観測装置技術ワークショップ 2020/12/1

高感度近赤外線高分散分光器WINERED
分光スペクトル像に見られるゴースト光の対策
京都産業大学 理学研究科 修士1年
竹内智美

目次
1. イントロダクション• WINEREDとは• ゴースト問題
2. ゴーストの特徴
3. ゴースト光路の同定
4. 光学設計

5. まとめと今後
2020/12/1 可視赤外線観測装置技術ワークショップ 2020

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1. イントロダクション

WINEREDとは• 京都産業大学神山天文台赤外線高分散ラボ(=LiH)で開発された超高感度の近赤外線(z,Y,J-bands)高分散分光器• ラス・カンパナス天文台(チリ)のマゼラン望遠鏡(口径6.5m)への移設を進めている
Wide mode

Hires-Y mode

Hires-J mode

波長域[㎛]

0.9~1.35

0.96~1.11

1.14~1.35

波長分解能(λ/Δ𝜆)28,00070,000

スループット>0.5>0.4

限界等級 J[mag]16.4*

15.1*装置サイズ[mm3 ]

1750[L]×1070[W]×500[H]

環境温度[K]270~300*NTT(3.6m 望遠鏡)に装着して、8時間積分、S/N=30の場合。

(Ikeda+2020)
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1. イントロダクション

WINEREDとは

Wide mode (R=28,000)

Hires-Y & J modes (R=70,000)

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1. イントロダクション

ゴースト問題Wide mode

Hires-Y mode

コンパリソンランプ

コンパリソンランプ＆フラットランプ

研究目的
ゴーストの①原因究明を行い、②対策を施す

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2. ゴーストの特徴
1. シャープに結像
2. 特定の点を中心にしてゴースト像と本来像が回転対称になっている
3. 相対強度は 𝐼𝑔Τ𝐼𝑜 = (0.3 − 1.07) × 10−2

本来像

ゴースト像

ゴースト像
本来像

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3. ゴースト光路の同定
ゴーストの特徴から考えられる条件
平行光クライオスタット
ゴースト

本来像

平坦な光学面2020/12/1 可視赤外線観測装置技術ワークショップ 2020

カメラレンズ系

検出器面

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3. ゴースト光路の同定①クライオスタットウインドウ②VPH回折面（1次回折光）③フォールドミラー• 光線追跡ソフトウェアで再現した検出器上のゴースト像分布• 各光学素子の効率から推定したゴースト光量

2020/12/1 可視赤外線観測装置技術ワークショップ 2020

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3. ゴースト光路の同定②VPH回折面（1次回折光）

2k(波長方向)①クライオスタットウインドウ

2k(空間方向)③フォールドミラー

ゴースト像分布ゴースト光量(𝐼𝑔Τ𝐼𝑜)

ゴースト像
本来像

2020/12/1 可視赤外線観測装置技術ワークショップ 2020(0.3-1.07)×10-2

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3. ゴースト光路の同定①クライオスタットウインドウ②VPH回折面（1次回折光）

𝐼𝑔Τ𝐼𝑜=(2.52-8.09)×10-4③フォールドミラー

ゴースト像分布ゴースト光量(𝐼𝑔Τ𝐼𝑜)

ゴースト像
本来像

(0.3-1.07)×10-2

𝐼𝑔Τ𝐼𝑜=(0.123-1.94)×10-2

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4. 光学設計
光線追跡ソフトウェアによるゴースト光路の再現
光学系の再配置によるゴーストの対策
0.1°

Echelle Grating

Cryostat

γ=6°

本来像

VPH X-disperser
ゴースト像
9.55˚

4.4°

Fold Mirror
ミラーを回転させてゴーストの光路を変更
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3°
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4. 光学設計
光学系の再配置によるゴーストの対策

本来像

ゴースト像

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POSITION

4. 光学設計

29-Nov-2020

29-Nov-2020

FIELD
POSITION

FIELD
POSITION
28-Nov-2020

FIELD
POSITION

FIELD
POSITIONRMS =0.025280
29-Nov-2020 28-Nov-2020-1.00, 100%0.00
=0.099750

対策前

RMS 28-Nov-2020=0.0313

対策後

FIELD MM-1.50,0.000
POSITION

100%28-Nov-2020=0.1113RMS =0.010511
29-Nov-2020
m=183

FIELD
FIELD
FIELD
FIELD
POSITIONPOSITION
28-Nov-2020
POSITION
28-Nov-2020
POSITION
RMS=
0.046918-1.00,0.00
m=183
m=159
m=170
m=159
m=170
RMS
=
0.011360-1.00, 0.00
-1.00, 0.00
-1.00, 0.00
-1.50,0.000 MM100%= MM0.157185
RMS =0.025280
100% =
0.068603-1.50,0.000-1.50,0.000
MM0.957μm
1.114μm
1.039μm
1.114μm
1.039μm-1.50,0.000
MM29-Nov-2020
FIELD
FIELD
FIELD
FIELD
POSITION
28-Nov-2020
100% =
0.099750
POSITIONPOSITION
28-Nov-2020
POSITION
RMS0.00=
0.046918
RMS =0.011360-1.00,
0.00-1.00,-1.00, 0.00
-1.00, 0.00
100% = MM0.157185
100% =
0.068603-1.50,0.000 MM-1.50,0.000-1.50,0.000 MM-1.50,0.000 MM

1.00, 0.00
1.500,0.000 MM=
0.024155
RMS =２pixel
1.00, RMS
0.00
(36μm)
100% =
100%=
0.095148
1.500,0.000 MM

1.00, 0.00
top
1.500,0.000 MM

1.00, 0.00
1.500,0.000 MM

1.00, 0.00
1.500,0.000 MM

1.00, 0.00
1.500,0.000 MM

0.00,0.00
center0.000,0.000 MM
0.00, 0.00
0.000,0.000 MM

100% =

RMS

２pixelRMS =RMS=
0.00, 0.00
0.00, 100%0.00=
0.000,0.000 MM
100% =

100% =0.024155
RMS =0.025044
0.095148
100% =
0.099064

0.000,0.000 MM
RMS =0.00, 0.00
1.00, 0.00
100% =
0.000,0.000 MM
RMS =0.025044
1.500,0.000
MM0.00000.612E-01
MM0.00000
DEFOCUSINGRMS =.500E-01:44

DEFOCUSING
100%2020=
2020/12/1
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0.00, 0.00
:43

=

RMS

=

RMS RMS= = 0.010511
0.037628-Nov-2020
0.061520

100%100%= ==0.061520
0.012484

100% =0.063113

RMS RMS= =0.012484

100%100%= =0.063113

RMS=0.012484

100% =0.044826

RMS RMS= =0.063113
0.011381
0.061810

0.044826

100%100%= =RMS RMS= =0.046918-1.00, 0.00
-1.00, 0.00
0.068603
100% = MM 0.157185-1.50,0.000 MM-1.50,0.000

RMS0.00=0.008506 1.00,RMS

0.0428681.00, 0.00

100% = MM0.154252
0.0545551.500,0.000
1.500,0.000 MM
0.008506

RMS=

0.042868

1.00, 0.00
1.00, 0.00
0.054555100%=
0.154252
1.500,0.000 MM
1.500,0.000 MM

0.008506

RMS=

0.042868

1.00, 0.00
1.00, 0.00
0.054555100%=
0.154252
1.500,0.000 MM
1.500,0.000 MM
RMS

0.009973=

0.00, 0.00
0.00, 0.00
100% = MM0.150587
0.0609310.000,0.000
0.000,0.000 MM
0.009973

RMS=0.061520

100%100%= =RMS RMS= =MM

0.00, 0.00
0.00, 0.00
0.060931100%=
0.150587.500E-01 0.000,0.000
MMMM
0.000,0.000 MM

0.099064

0.009973

DEFOCUSING

45

1.00, 0.00
1.500,0.000 MM

0.011360:44-1.00,
0.00
bottom-1.50,0.000 MM

1.00, 0.00
1.500,0.000 MM
RMS =0.025280
RMS =-1.00, RMS
0.00-1.00, 0.00
=0.024155
100% =
100% =
0.099750-1.50,0.000 MM-1.50,0.000
100% = MM
0.095148
RMS =100% =

0.957μm

0.00000
DEFOCUSING.500E-01

100% =MM
100%=0.00000
RMS =0.13090.03130.010511

0.11130.03760.13090.03430.12100.03760.011381
0.061810.500E-01 MM

0.130913/16
0.011381

4. 光学設計• エンサークルドエネルギー
m=170 1.039μm

m=159 1.114μm

１２１２(pixel)(pixel)m=183 0.957μm• スループット

１

対策前

対策後

0.38~0.40

0.38~0.39

２(pixel)

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4. 光学設計
Echelle Grating

0.1°

γ角(=6˚)を維持する
ように配置を変更

Cryostat
ゴーストが検出器に入らず、Hires-Y,-J modeの両方の像が入る角度に変更

γ=6°

VPH X-disperser
回折効率が劣化しない入射角度になるように設置角度を変更

9.55˚

4.4°

Fold Mirror
ミラーを回転させてゴーストの光路を変更

3°2020/12/1 可視赤外線観測装置技術ワークショップ 2020

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5. まとめと今後• WINEREDは神山天文台で開発した超高感度赤外線高分散分光器である。
• Wide modeとHires-Y modeに2種類のゴーストが見られている。
• 1種類のゴースト(Hires-Y mode)については、検証の結果「検出器とフォールドミラー」での反射で生じていることが分かった。
• フォールドミラーの回転、エシェル回折格子とVPHとクライオスタットの再配置によって、光学性能(結像性能とスループット)を維持しつつ、ゴーストを検出器外へ逃がせることを示した。
今後は…
各モード変換を自動で行えるような機構も検討中• 機械設計• 部品製作• 実機への組み込み・検証実験
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