3.8	  m望遠鏡：	  分割鏡エッジセンサの開発	
2014年8月12日 岡山UM	  河端洋人 （京都大学）	

遠鏡を建設する際の重要な経験となることは間違いない。

分割鏡制御	・風による振動（〜数Hz）	  焦点が	  ・熱膨張	  1.2.2
合わなくなる	
・鏡の仰角に応じた支持部の歪み	  	  分割鏡の境界にセンサを取り付け、	  鏡の位置ずれを測定して補正	  図 1.4

新技術望遠鏡の扇形のセグメント。同心円状に 2 周に配置するため、研削による非球面鏡製作

現在、天体望遠鏡の鏡を製造する際には、研磨することで鏡面を形成している(酸化セリウムなど) をかけて、一定の力をかけて磨くことで形成している。この方ことが可能である一方、非常に時間がかかり、また基本的には軸対称面しか磨くこては、大型の鏡を磨く場合は 1 枚につき数ヶ月から数年かかり、大量の分割鏡を使は時間がかかりすぎる。また分割鏡の場合、各セグメントは非軸対称な非球面形状際に鏡材の裏側から圧力を制御してやり鏡材を変形させ、研磨後に圧力を解放して7ここを小さく	  したい！	  
分割鏡	  分割鏡	  センサ・	  測定対象の導体板	  分割鏡制御の流れ	
０．（観測前）位相カメラで光学的に	  	  	  焦点合わせ	  	  １．合わせた位置からのずれを		 センサで測定	

位相カメラ		  ２．アクチュエータでずれを	  	  	  補正	  分割鏡	  	  ３．１,	  ２の繰り返し	アクチュエータ	

分割鏡	  センサ	

要求仕様など	
分解能(rms)	
一晩の安定性(rms)	
設置箇所	

10 nm	
30 nm	
72	

なるべく低コストで！	

（センサ配置図）	  検討中のセンサ	
• インダクタンス型DS2001センサ(日本システム開発)	  • 導体板の渦電流がつくる磁場が、コイルの磁場を1減少させることを利用	  f=平面コイル	

2π LC

アルミナセラミック	  クリアセラム基板	  基板（以下アルミナ）	
（以下ガラス）	
22	  mm	

渦電流	21	  mm	24	  mm	

・熱変形が大きい	  ・低コスト	

36	  mm	

・熱変形が小さい	  ・高コスト	

導体板	

実験	

風よけ（プラスチック）	  +	  日よけ（スチロール）	

• 屋外でセンサを48	  h駆動	  • 導体板は置かない	  →以後、センサの発振数を平均的な	  	  	  	  	  変換値（1	  count	  =	  30	  nm）で換算	  • 空気の入れ替えが起こる十分な	  	  	  	  	  	  隙間	  固定したセンサ	

センサ	  分解能	
出力値	  (nm)	

アルミナ基板	8	  	  4	  	  0	  	  -­‐4	  	  -­‐8	rms	  	  =	  	  0.6	  nm	0	  	  	  	  	  	  	  	  	  2	  	  	  	  	  	  	  	  	  4	  	  	  	  	  	  	  	  	  6	  	  	  	  	  	  	  	  	  8	  	  	  	  	  	  	  	  	  10	8	  	  4	  	  0	  	  -­‐4	  	  -­‐8	

ガラス基板	

rms	  	  =	  	  2.3	  nm	0	  	  	  	  	  	  	  	  	  2	  	  	  	  	  	  	  	  	  4	  	  	  	  	  	  	  	  	  6	  	  	  	  	  	  	  	  	  8	  	  	  	  	  	  	  	  	  10	

時間	  (s)	

アルミナ基板・ガラス基板ともrms	  	  <	  	  10	  nmを	  十分に満たす	

一晩の安定性	
距離	  アルミナ基板	

気温	

ガラス基板	(℃)	  (nm)	  (nm)	  (℃)	  22	  1800	  900	  12	  21	  	  	  11	  20	  1200	  600	  10	  19	  	  	  9	  18	  600	  300	  8	  17	  	  	  7	  16	  0	0	6	  15	  18	  	  	  	  	  20	  	  	  	  	  22	  	  	  	  	  	  0	  	  	  	  	  	  2	  	  	  	  	  	  4	  	  	  	  	  	  6	18	  	  	  	  	  20	  	  	  	  	  22	  	  	  	  	  	  0	  	  	  	  	  	  2	  	  	  	  	  	  4	  	  	  	  	  	  6	

時刻	

時刻	

• 環境（気温が顕著）の変化によって出力値が大幅に変化し、安定性(<	  30	  nm)を満たさない	  • 変化の大きさは、アルミナ基板：150	  nm/℃	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  ガラス基板：	  	  	  250	  nm/℃	  環境補償方法	

センサ２	  (nm)	

1000	  	  	  500	  	  	  0	0	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  500	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  1000	
センサ１	  (nm)	

センサ２ ー センサ１	  (nm)	

• 精密測定が求められるのは鏡の段差ゼロ付近のみ	  • センサは個体差を持つが、出力値はほぼ一対一で対応	
90	  30	  nm		  60	  	  30	  	  0	0	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  500	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  1000	
センサ１	  (nm)	

（導体板なし、恒温槽内で気温を20℃	  →	  10℃	  →	  20℃）	

分割鏡	  分割鏡	  導体板	  測定センサ	  測定センサ	

環境補償方法	参照センサ	

参照センサ	  （環境依存性を検出）	  • 位相カメラで焦点を合わせ、その状態を保持	  非観測時	  • 参照センサと測定センサに様々な環境を	  	  	  	  	  経験させ、出力値の対応テーブルを作成	  観測時	   • テーブルと参照センサの出力値から	  	  	  	  	  測定センサの理想値を計算	  測定値ー参照値	  (nm)	

補償後の安定性	
アルミナ基板	90	  	  60	  	  30	  	  0	  30	  nm	

ガラス基板	
270	  	  180	  	  90	  	  0	  30	  nm	0	  	  	  	  	  	  	  	  800	  	  	  	  	  	  	  1600	  	  	  	  	  	  	  2400	
0	  	  	  	  	  	  	  	  700	  	  	  	  	  	  	  1400	  	  	  	  	  	  	  2100	
参照値	  (nm)	

• 導体板がない状態では、参照テーブルの作成により要求仕様を満たす安定性を得る	  まとめ	項目	
分解能(rms)	
一晩の安定性(rms)	
設置箇所	

仕様	可否	（アルミナ/ガラス）	
10 nm	○/○	30 nm	 導体板なしで○/○	
72	

• 導体板を置かない場合、アルミナ・ガラス基板ともに仕様を満たす事が確認できた	  • 今後、導体板を置いたときの安定性を試験	  	  	  	  	  していく