2017/9/4-5 2017年度岡山ユーザーズミーティング@国立天文台三鷹キャンパス

惑星撮像装置SEICAの開発状況: I○山本広大(京都大学)、入部正継, 藤田勝(大阪電気通信大),木野勝, 西岡秀樹(京都大学),
河原創(東京大学)、小谷隆行(ABC/NOAJ)、松尾太郎(大阪大学)、村上尚史(北海道大学)、
田村元秀(東京大学/ABC/NOAJ)
惑星撮像装置SEICA[Second-generaBon
Exoplanet Imager with Coronagraphic Ao]

hLp://www.tmt.org/

TMTによるハビタブルゾーン内の地球型惑星の検出・キャラクタリゼーションを目指した観測装置SEIT (Second EarthImager for TMT)SEICA (Second-genera2on Exoplanet Imager with Coronagraphic Adap2ve Op2cs)

u 目的：
u 0’’.2(2AU@10pc)以遠で木星型ガス惑星の検出/キャラクタリゼーション
u SEITに接続可能な(先進的)技術のテストベッド
u FPGAによる補償光学制御
京大岡山3.8m望遠鏡
u 位相計測型波面センサ
u ナル干渉型コロナグラフ
u スペックルナリング
u 干渉撮像計
u 分割鏡における高コントラスト
技術の獲得 etc....
u 京大岡山3.8m望遠鏡に搭載予定
u TMTと同じく分割主鏡(18枚)
u 国内設置のためアクセスが容易

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SEICAの基本構成

望遠鏡より

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u 極限補償光学: 波面補正
極限補償光学u コロナグラフ (ナル干渉計):
主星光を強く低減コロナグラフu ポストプロセス装置(SPLINE)(干渉計撮像/高分散分光装置など):コントラストのさらなる改善および惑星光のキャラクタリ 干渉撮像
ゼーション
空間分解・惑星系の再構成獲得できる情報u Planetary radial
velocity (質量, 軌道)
u Planet spectrumu AtmosphericcharacterizaBonu Albedo, etc

高分散分光

Stellar & Terrulic spectrum

Doppler shi`ed planet spectrum

H.Kawahara, N. Murakami, T.Matsuo, T. Kotani 2014, ApJS,212,27

Wavelength

SEICA: 開発スケジュール
uこれまで〜 • ExAO: WooferAOの制御/実機設計
位相測定波面センサ開発• コロナグラフ: ナル干渉計開発
uFY2017(H29) • ExAO: TweeterAOの開発(〜H31中)FPGAによるAO制御 etc...
[本年度]• コロナグラフ: 実機設計製作• ポストプロセス開発(〜)• 前置光学系[イメージローテータ, ADC]
uFY2018(H30) • 赤外カメラ(J, H, (+K?))• SEICA筐体[恒温/冷却, 除振, 電気系]
uFY2019(H31) • ExAO＋SPLINE実験室試験↓• 望遠鏡でファーストライト

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5/10

SEICA-ExAO: 進捗1/2
u低次補償光学(WooferAO)の試験:
波面センサ(WFS)52素子/可変形鏡(DM)88/PC制御
昨年度(2016年12月) 目標

SR=30% (@Jバンド)
FWHM=8’’.0

λ=633nm 風速10m/s
38msec, 416枚(16秒)積分

SR=8%

SR=65%

風速0m/s
AO制御なし

風速0m/s
AO制御あり現在のラインプロファイル
10000 AOあり

風速 10m/s 制御無し

SR=3.7%log 強度 [ADU]Strehl 比(SR)=0.4%

2017年8月 (結果検討中)

AOなし
1000

回折限界
100
風速 10m/s 制御周波数900Hz

改善した要因(検討中)
u 試験用光源の高精度化(SR50% → 90%)
u DM素子の最適化(52→68)
u 風速 0m/s

SEICA-ExAO: 進捗2/26/10

偏光ビームスプリッタ

u低次補償光学(WooferAO)の実機設計：

H29年度ABCプロジェクト
経費で設計・製作

OAP-3の調整機構
空間が狭いためOAP-1と同じものは使えない
同時進行で要検討

OAP-3
WDM

OAP-4

OAP-4の調整機構
OAP-1と同じ

125

0.5-0.7μm

8519.3

平面鏡は固定（調整機構無し)

OAP-4の調整機構
OAP-1と同じ
XY：BSB26-60C
Z：B33-60KGA
θxθyφ：F64-30N+071224

WDMセンサーへ
6.4

OAP-5

領域B
φ6.3
6φ7.9
5

TDM

u高次補償光学(TweeterAO)
尺度

用紙サイズ

1 / 4
A4

日付
作図

2016.10.20
T.Y.

u位相計測波面センサ(点源回折干渉計:領域APDI)の原理実証試験/性能評価中
uFPGA(Field Programmable Gate Array) Tweeter波面センサのためのピンホール型偏光制御器(試験器)の開発開始
名称

SEICA
OAP-4周辺構造

図番CP0063-TM161020-01

オプトクラフトビームスプリッタ

7/10

SEICA-コロナグラフ: 進捗
u共通光路シアリング干渉計: アクロマティック/安定
uSEICA搭載用実機の設計/試験中

u方解石プリズムによる偏光2チャネル構成èスループット向上
uSEICA補償光学と組み合わせた目標コントラスト：およそ10-1.5
uXeランプ (λ=500-700nm) で1.7×10-2のコントラストを実証
偏光分離1

横シア

偏光分離2
方解石プリズム

入射光

方解石
ﾌﾟﾘｽ ﾞﾑ a

射出光

方解石
ﾌﾟﾘｽ ﾞﾑ b
LB4ｻ ﾊ ﾞｰ ﾙ 板

方解石
ﾌﾟﾘｽ ﾞﾑ c1

方解石
ﾌﾟﾘｽ ﾞﾑ c2

LB4サバール板

黒田他、日本天文学会2016年秋季年会 V235a / 2017年秋季年会（V235b講演予定）

SEICA-ポストプロセス: 進捗

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u Speckle nulling技術

u コロナグラフの残留スペックル②波面センシを光波面制御により低減
干渉計を用いた波（ダークホール形成）
シングにより、波面u 液晶空間光変調器 (LCSLM)
高精度に測定および可変形鏡 (DM) によるLCSLMによるspeckle nulling実験。ダーク
室内試験を推進 (東大/NAOJ)

SEIT コンセプト

From TMT
u 高分散分光器

u IRDのHeritageを活用
u 新しいアイデアに基づく空間分解能を持つ高分散分光器の実証試験中

ホール形成により、 1桁以上コントラストが向上
IRD装置①主星の光を弱める

u 干渉撮像計（瞳再配置法）

打ち消し合う干渉の効果を用いて、主星
u 光干渉計技術によるポストプロの光を3桁弱めるセス技術。三鷹実験室実験や、
SCExAO/FIRSTで実証試験中③像再生②での波面情報を用元の天体像を高コンストで復元（5桁）

9/10

SEICAの実機構成/予算 設計/製作済
u 入射光学系 (〜H28)
400800

ExAO済

最終設計中
u Woofer AO
u ABCプロジェクト
u コロナグラフu TMT戦略経費

1100

検討/試験中u Tweeter AO
u 科研費 (波面センサ)←Woofer AO
u TMT戦略経費(FPGA開発)
u ポストプロセス
u RESCUE経費赤外最終設計中

カメラ
コロナグラフ↑10/10

SEIT/SEICAの国際協力状況と今後
uSEIT/SEICAの国外メンバは現在の所なし
uSEICA-ExAO/FPGA開発でO. Guyon (SCExAO),B. Mazin (UCSB)両氏を共同研究者としてTMT
戦略基礎研究費(H29年度)を獲得→採択されたためFPGA開発の共同研究を開始
uSEICA開発をはじめ、SEITと目的の似る
SCExAOグループとの合流を検討中
サイエンス

ポストプロセス開発

コロナグラフ開発

東京大学[国際協力開始]

ABC/NAOJ

ABC/NAOJ
北海道大学(大阪大学)

補償光学開発京都大学
大阪電気通信大学

まとめ
u地球近傍のM型星のハビタブルゾーンに存在する地球型惑星の直接撮像/分光観測を目指したSEITを開発中
uSEIT/SEICA実現に必要な各要素技術の開発を複数機関の協力により推進中
u極限補償光学、コロナグラフ、ポストプロセス

uSEITのプロトタイプとしてSEICAを京大岡山
3.8m望遠鏡用に開発中
uSCEｘAOグループとの共同研究が始まっており、SEICAで培った技術をTMTに活かす際に合流も検討中

点源回折干渉計(PDI)波面センサ
点回折干渉波面センサ(PDIWFS)
𝐼0𝐼𝜋

偏光ビームスプリッタ

偏光ビームスプリッタのピンホール内外で参照光・被検光に分割

𝐼−𝜋/2𝐼𝜋/2

透過軸点源回折干渉計波面センサ
点回折干渉波面センサ（PDIWFS)
透過側の偏光成分
45度

反射側の偏光成分

𝐼045度
被検光

-45度 𝐼𝜋参照光参照光-45度 𝐼−𝜋/2
被検光

参照光と被検光を干渉させて位相差（波面エラー）𝜙を計算

𝐼𝜋/2 − 𝐼−𝜋/2
tan 𝜙 =
𝐼0 − 𝐼𝜋

𝐼𝜋/2