TMT第一期観測装置IRISの開発: 光学歪みの補正精度の検証
向江志朗 (東京大学), 鈴木竜二, 早野裕 (国立天文台), Brent Ellerbroeck (TIO), Glen Herriot (NRC)

TMT第一期観測装置IRIS
TMT.INS.TEC.16.051.REL01
TMT.INS.TEC.16.051.REL01
IRIS Design Description Document
IRIS Design Description Document

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November 2, 2016
November 2, 2016

The IRIS Science Cryostat
The IRIS Science Cryostat
The IRIS science Secondary
cryostat Mirror
provides theIRISThe IRIS science cryostat provides the
Entrance Windowlight-tight, cryogenic vacuum enclosure for
Entrance Windowlight-tight, cryogenic vacuumenclosure for Mounting Interface
MirrorImager and IFS. By Tertiary
design,the science
Ter$aryMirror
Ter/ary
Imager and IFS. By design, theMirrorscience Mounting Interface
cryostatismodularandcanfunction
twoEleva/on Journal cryostat is modular and can function asas twostandalone cryostats to facilitate integration
Vacuum Shell
Imagerstandalone cryostats to facilitate
integration
Adaptive
OpticsAdap/ve
Op/cs
Adap$ve
Op$cs
Vacuum Shell
ImageroftheimagerandIFS.
Thescience
G10SupportRing
Instrument
of the imager and IFS. The science
G10 Support Ring
cryostat also provides the mechanicalcryostat also provides the mechanicalinterface to the instrument rotator and via
Cold Plate
interface to the instrument rotator and via
Cold Platebulkheads allows the in/out passage of all
Slicer-IFS
bulkheads
allowsthe in/out passage of all
Primary
Mirror
Slicer-IFS
internallyhousedcabling for theInstruments
image andIFSCommon Benchinternallyhoused cabling for the image andIFS Common Bench
IFS. It also provides all environmental
Lenslet-IFS
Nasmythplatform
IFS.
It alsoprovidesand
allsensorsenvironmental
Nasmyth pla7orm
Lenslet-IFS
monitoringequipment
aswellNasmyth pla@orm monitoring equipment and sensors
Nasmyth pla@orm
aswell
as eh thermal interface to the imager andRadiation Shieldasthermalinterfacecryostat
to the imagerandRadiation Shield
IFS.eh The
scienceis being
Base is being
IFS.
The
sciencecryostatdeveloped by Caltech. An overview of thedevelopedby Caltech.
of thescience cryostat
designAnisoverview
presentedforAzimuth journalsciencecryostat
designispresented
readers in mechanical design section forofFigure 10 – The fully populated science cryostat
readers
inmechanicaldesignsectionofFigure 10 – The fully populated science cryostat
this document – Section 10.
this document – Section 10.

1. 光学歪みとその補正
NFIRAOS + IRIS起因の光学歪みによるアストロメトリへの影響:
10 μas の精度(~25 nm@検出器上)

光学歪み: 形状誤差の空間周波数に対応した不規則な形状をもつ—> 多項式フィットによる補正ができない
光学歪みの測定方法: 位置がよく知られている光源を参照する—> 高い精度で位置が分かっている参照光源は存在しない

InfraRed Imaging Spectrograph (IRIS) ※早野さんポスター参照
近赤外領域(0.84-2.4Theμm)で高解像度の撮像と面分光観測を行う。
IRIS Cable wrap/cart, support structure, instrument rotator and OIWFS (CSRO)The IRIS Cable wrap/cart, support structure, instrument rotator and OIWFS (CSRO)The IRIS CSRO encompasses a broad set of
ナスミス台に設置される補償光学システムNFIRAOSに接続される。
The IRISCSRO encompasses
broadwrap,
set ofIRIS
assemblies.
It includes theacable
IRIS assemblies.
It includes
the cable
which
is50μasの精度
house, andsafely routethe wrap,
IRIS
Information Restricted Per 相対アストロメトリ:
Cover Page
高精度アストロメトリ観測:
TMT.XXX.XXX.XX.XXX.RELXX
which isbetween
house, androute andthe IRIScables
the safelyinstrument
thecables between
the instrument
theNasmythplatform
electronics and andNasmythplatform It also
electronics
andobservatory
services.
includes theobservatory
services. which
It alsomates
includesIRIS
support structure,
IRIS thetoIRIS
supportstructure,
whichmates
IRIS
NFIRAOS as well as instrument rotator.to
NFIRAOS
as wellas instrument
rotator.
Lastly,it includes
the OIWFS
enclosureandLastly,
itincludes
theOIWFS
enclosureand
its contents including the Caltech delivered
its contents
includingCaltechdeliveredcameracryostats.
ThetheCSRO
subsystem
camera cryostats.
CSRO subsystemelements
are beingThedesignedby NRC
elementsarebeing
designed
NRC
Herzberg (Canada). The CSRO bydesign
Herzberg are(Canada).
The inCSRO
designelements
touched upon
Section11ofelements
are touched
upon comprehensive
in Section11 of
thisdocument.
A morethis document.
A moreis comprehensive
overviewof the CSRO
presented foroverviewin of
the CSRO
is presented
forreaders
a separate
document- (DN.L3)
readers in (design
a separate
document- (DN.L3)
IRIS.CSRO
summarynote) (RD3).
IRIS.CSRO (design summary note) (RD3).

2. Self-calibration method
Figure 11 - Decomposition of the IRIS rotator
Figure 11 - Decomposition of the IRIS rotator

3. 本研究
Lookup table parameters

IRIS撮像系の光学系 (Tsuzuki et al. 2016)

coarse grid

Pinhole mask parameters
Mask Parameters

Model Parameters

Number of pinholes

9x9, 17x17, 33x33 and 65x65a

Dither Length

0.4, 0.8, and 1.6 arcsec

Dither Pattern

3x3 and 5x5c positions*a for intrinsic optical distortion analysis*b for dither length analysis: 0.18-1.06 as*c for sampling density analysis

望遠鏡焦点面に搭載したピンホールマスクをself-calibration methodの実装シミュレーション
並行移動させながら撮像し、測定位置の差分から光学歪みを抽出—> NFIRAOS + IRIS光学系における補正精度を評価
・ 利点1: 補正テーブルにより高次の光学歪みを補正可能(Anderson&King 2004)・ピンホールマスクのパラメーターを変えたときの補正性能の特徴付け
・ 利点2: 参照光源の精度を必要としない (ただし位置決定性能と安定性が必要) ・ 光学歪み補正精度が10 μas以内となるベストパラメーターの検討

4. 補正性能の特徴付け

Measurement Limit

Coarse Grid

特徴1: 補正テーブルのグリッド幅を小さく設定—> 高次の歪みを抽出

Npinhole = 65x65

calibrationする前のピンホール座標とsimulationでの真のピンホール座標を比較 —> 残差のpower spectrum

Npinhole = 9x9

Npinhole = 17x17

Lookup tableが補正可能な歪み
coarse gridと同程度の周波数をもつ歪み—> 補正不可能な小さな歪みの寄与が目的の補正精度以内に十分収まるようcoarse gridを小さくするのが望ましい

10 µas10 µas

特徴2: グリッド幅より長い dither距離—> 差分情報を相殺させない
Npinhole = 33x33

Npinhole = 33x33

10 µas

10 µas(上図) ddither加えてNpinholeを変えた時の補正精度評価(右図) Npinhole =17x17でdither pattern=5x5にした結果

Npinhole = 17x17
dither pattern = 5x5

視野内一様なピンホール像の測定により補正精度向上—> 補正テーブルの精度向上にはNpinholeを増やす、もしくはdither patternを増やすのが望ましい

dditherだけを変えた時の補正精度評価

10 µas

特徴3: 視野内一様なピンホール像の測定—> 補正テーブルの精度向上

coarse grid以内のditherをした画像間の測定位置の差分はほとんど相殺される—> ddither > coarse gridが望ましい

特徴付けにおけるベストパラメーター
特徴1—> coarse grid = 128 pix in 4096 pix detector (32x32 coarse table)
特徴2—> ddither = 0.8, 1.6 as (> coarse grid = 0.531 as for 34 as detector)
特徴3—> Npinhole=33x33かつdither pattern=3x3,Npinhole=17x17かつdither pattern=5x5 (ddither = 1.6 asのときdither pattern=3x3でも可)5. ベストパラメーター検討
望遠鏡焦点面へのマスク実装にかかる条件
・ditherの稼動域は +/- 1.5 mm (= 0.687 as)・マスクのピンホールは1mmまたは2mm間隔1mm間隔(Npinhole = 38x38),2mm間隔(Npinhole = 19x19),

dither pattern = 3x3

dither pattern = 5x5※今後の課題: 測定誤差・測定の安定性の考慮とプロトタイピングによる実証

条件下におけるベストパラメーター
特徴1—> coarse grid = 0.531 as特徴2—> ddither = 0.687 as (> coarse grid)特徴3—> Npinhole=38x38 (1mm間隔)かつdither pattern=3x3
Npinhole=19x19 (2mm間隔)かつdither pattern=5x5

Self-calibration methodにより補正精度10 μasを達成可能性

ddither = 0.687 asddither = 0.687 as