新可視分光チャンネルデザインその1

(2009/4/27)

新CCD+スリットレス分光設計案その1。

先日の打ち合わせに沿いまして、ANIR可視カメラでの
スリットレス分光について初期検討をしてみました。
案は A〜C の 3種あります。資料を添付します。

光路図
なお、スポットダイアグラムの計算条件は下の通りです。 ・視野位置:□6.6arcmin の視野内で、下SpotDiagram計算位置 に 示した通りの 9箇所の画角について計算してある。 ・波長  :波長 0.55〜0.90μm を縦に並べて図示してある。 ・縮尺  :各々のスポットは 150μm(3.9 arcsec)の矩形内でプロット。
案A〜C に共通のスポットダイアグラム計算位置
3種の案は下のようになっています。 [案A] 最も改修が簡単な(安上がりな)案。 平行平板に透過型グレーティングレプリカを生成したものを、 現状のフィルターホイールに組み込む。 (フィルターホイールに空きがないような気もしますが…) 0.55〜0.90μm は CCD上で 約 800μmに分散され、 波長分解能は λ/Δλ〜約100 @ 2pix sampling 。 しかし収差が typical には 3〜4pix 程度(0.6〜0.8arcsec相当)に なっているので、有効な波長分解能は 50〜70 程度になると思われる。 (視野位置や波長により収差がさらに大きいことに注意) 回折効率(理論値)は 案A-回折効率デモ.pdf の通りで、550nm が ピークのため、長波長ほど効率が低下し、λ900nm では 60% 程度になる。
案A のスポットダイアグラム
案A のおおよその回折効率
[案B] 次いで簡単な案。 グリズムは通常の 2.3°頂角=ブレーズ角のものを コリメート光束中に挿入する。 よってグリズム挿入機構が必要になる。 0.55〜0.90μm は CCD上で 約 1300μmに分散され、 波長分解能は λ/Δλ〜約170 @ 2pix sampling 。 しかし収差が typical には 3〜4pix 程度(0.6〜0.8arcsec相当) なので、それを考慮すると有効波長分解能は 80〜120 程度になると 思われる。 (視野位置や波長により収差がさらに大きいことに注意) 回折効率は 案A に比べて 10% ほど長波長側にシフトし、 λ600nm でピークとなり、λ900nm で 70% 程度。
案B のスポットダイアグラム
[案C] カメラレンズも新しくする案。 グリズムの仕様や分散、回折効率などは 案B と同じ。 ただし、視野の広い範囲で収差が良好なので、それを考慮すると 有効波長分解能はほぼ全域で 120 程度(場所によりもう少し良好) になると思われる。 なおカメラレンズは、新しくするもののコストパフォーマンス重視で、 BK7材相当ガラスを主にした 2枚玉構成。
案C のスポットダイアグラム
なお、グリズムレプリカは Newport (Richardson) の中から 使えそうな特性のものを選んであります。 また、いずれの案にも共通の点として、オーダーソート用の バンドパスが必要になりますが、それはグリズムのレプリカでない面に コーティングを施すのが簡単ではないかと考えます。 この場合のバンドパスコート付のグリズムの価格は、おおよそは 200万円くらいになりそうです。 詳しくはもう少し使用を固めてから算出したいと思います。 進め方としては、波長分解能と回折効率で 案A v.s. 案B を判断し、 あとは予算次第で 案C まで取り組むか否かを考えていくことに なると思います。
このメールへの返事
●CCDカメラの変更に伴って、7.4um/pix から 13um/pixに
変更になります。(pixel scale 0.21arcsec/pix => 0.37arcsec/pix)
できれば、そのピクセルスケールを少なくとも0.3arcsec/pixくらいにまでは
戻したいと思っています。

で、一点質問なのですが、
・案(A)or(B)のカメラレンズ系をいじって、スケールを変えることはどれくらい
お金と全体設計に影響があるでしょう?

●あと、案(A)はなかなか難しいかもしれません。
可視フィルターホイールは
http://www.ioa.s.u-tokyo.ac.jp/kibans/anir/pictures/081111opticalfilter/P1000791.JPG
http://www.ioa.s.u-tokyo.ac.jp/kibans/anir/pictures/081111opticalfilter/P1000794.JPG
にあるように、厚さ数ミリのものしか収納できず、しかも出っ張りが許されません。

なので、案(B)あたりが現実的ではないかと思われます