日本天文学会2015年春季年会	
3月21日@大阪大学	

CTA	  大口径望遠鏡の分割鏡開発(7)	  	  
長 紀仁	茨城大学大学院理工学研究科	
小野祥弥,	  加賀谷美佳,	  片桐秀明,	  柳田昭平,	  吉田龍生	  (茨城大理),	  手嶋政廣	  (東大宇宙線研,	  Max-­‐Planck-­‐Inst.	  fuer	  Phys.),	  荻野桃子,	  小島拓実,	  斎藤浩二,	  中島大輔,	  花畑義隆,	  林田将明,	  深見哲志	  (東大宇宙線研),	  奥村曉	  (名大	  STE	  研,	  レスター大),	  千川道幸	  (近畿大理工),	  野田浩司	  (Max-­‐Planck-­‐Inst.	  fuer	  Phys.),	  山本常夏	  (甲南大理工),	  齋藤隆之	  (京大理),	  	  他	  CTA-­‐Japan	  ConsorAum	

1	CTA-­‐Japan	  による	  LST	  の光学系要素開発	
主鏡	・分割鏡開発	  -­‐	  結像・集光能力の評価	  -­‐	  耐候性試験	  ・AcAve	  Mirror	  Control	  (AMC)	  -­‐	  アクチュエーターの制御システム	  ＜LST	  仕様＞	：23	  m	  口径(D)	  ：28	  m	  F/D	  =	  1.2	  焦点距離(F)	  ：放物面型複合鏡	  反射鏡面	  
カメラPixelサイズ	   ：0.1	  度	  (50	  mm)	  ：>	  180	  deg/20	  sec	  回転速度	  ：>	  20	  年	  運用期間	  エネルギー領域	 ：20	  GeV	  から	  1000	  GeV	  28	  m	23	  m	
主鏡(放物面)：分割球面鏡	  198	  枚	2016年に本格的建造開始予定	

本講演では、分割鏡開発の現状について報告する。	
2	

198	  枚の球面分割鏡を使用。	  
分割鏡開発	
LST	  1	  台あたり	  三光精衡所(筑波支店)と共同開発。
製法：Cold	  Slump	  技術	

＜製造状況＞	1.51	  m	・2013年	  29	  枚	  ・2014年	  5	  枚	  ＜分割鏡の仕様要求＞	

面積	   ：1.958	  m2	  重量	：〜47	  kgf	

焦点距離：28	  -­‐	  29.2	  m	  結像性能：<	  16.7	  mm	  (0.03°)	  反射率：>	  90	  %	  at	  400	  nm,	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	   	  >	  85	  %	  at	  300	  -­‐	  500	  nm	  反射率経年変化：<	  2	  %/yr	  耐水性：IP66	  安価で軽量な鏡の製造に成功。	  	  → 現在、大量生産段階に移行。	
3	

Heinrich	  J.	  Völk,	  Konrad	  Bernlöhr,	  Imaging	  very	  high	  energy	  gamma-­‐ray	  telescopes,	  2009	  求められる結像性能	
焦点面	

チェレンコフ光	※	  1	  pixel	  ：	  PMT	  1	  本	1855	  Pixels	

主鏡(放物面)：分割球面鏡	  198	  枚	  	  	  	  	  	  	  	  	  視野：4.5°	

1	  pixel	  (=	  50	  mm,	  0.1°)	
要求される結像性能は、	  集光した光の 80	  %	  (D80@1f)	  を	  1/3	  pixel	  (=	  16.7	  mm,	  0.03°)	  	  	以下に収めること。	  ※D80：光量の	  80	  %	  が入る円の直径
4	結像性能評価法①(2f	  法)	球面鏡の評価方法には	  2f	  法という方法がある。	  
2f	  法は曲率半径において分割鏡のつくる像を直接測定し、結像性能を評価する。	
2f	  (=56-­‐58.4	  m)	1.51	  m	

1f	  (=28-­‐29.2	  m)	camera	
直接測定	-­‐	  0.5	  m	0	+	  0.5	  m	・製造元（三光精衡所）の工場内で納品前の検定方法として活用。	
しかし、LST	  の分割球面鏡の曲率半径は	  56	  m	  と非常に大きいため測定環境を整えることは容易ではなく、また測定が大掛かりであるため効率が悪い。	  

大量に生産される鏡を測定するために	  	  Phase	  Measuring	  Deﬂectometry	  (PMD)	  法を採用。	

5	

評価法②(	  PMD	  法)	ドイツのエルランゲン大で考案された方法。2f	  法とは違い、鏡の表面形状を導出。	  
それをもとに光線追跡シミュレーションを行い、結像性能を評価する。	  
＜測定原理＞	  宇宙線研に作られた	  PMD	  法装置	位相シフト法	  +	  ステレオカメラ写真測量	
全長：7	  m	  ×	  3	  m	  ×	  3	  m	
※	

液晶テレビ
(スクリーン)

CCDカメラ4台  鏡	

2f	  法に比べ、	  ・表面形状 ＋光線追跡により結像性能を評価	

・容易	  ・短時間	  	  ・コンパクト	

より詳細な分割鏡の評価が可能。
2013年までの鏡(29枚)を測定。	

一方で	  PMD	  法装置の系統誤差を定量的に求め、排除できるかが課題。	

PMD	  法の手法を確立するために	  2f	  法による較正が必要。	
※Markus	  C.	  Knauer.	  Absolute	  Phasenmessende	  Deﬂektometrie.	  PhD	  thesis,	  Universität	  Erlangen-­‐Nürnberg,	  2006.	  

6	PMD	  法と	  2f	  法の光量分布の比較	
No.7 R	  =	  56.955	  m	No.24 R	  =	  56.84	  m	

※	  R：曲率半径	・PMD	  法	  鏡面形状情報	  ↓	  レイトレース	

ハロー成分	
D80	  =	  16.6	  mm	黒円：D80	

D80	  =	  49.4	  mm	  	黒円：D80	

・2f	  法	
直接撮影	  ↓	  画像解析	

ハロー成分	

D80	  =	  22.2	  mm	D80	  =	  38.8	  mm	黒円：D80	

黒円：D80	

集光の様子は、PMD	  法と	  2f	  法でよい一致を示している。	

7	各測定距離での	  D80(@2f)	

※D80：光量の80%が	  	  	  	  入る円の直径	

No.7	

要求値	  D80(@2f)	  <	  33.4	  mm	D80	  [mm]	

D80	  [mm]	

・測定間隔を	  0.1	  m	  で測定	56.955	  m	No.24	

57.34	  m	57.24	  m	57.055	  m	曲率半径	  [m]	比較の結果、測定距離による	  D80	  の変化の様子が一致。	  

曲率半径のずれは 0.1	  m	  程度とほぼ一致。	
一方、	  結像性能(D80)	  の差が	  約	  6	  -­‐	  10	  mm	

曲率半径 [m]	
PMD	  法での曲率半径の	  要求の判断はできる。	  

・PMD	  法の系統誤差？	   サンプル数を	  ・2f	  法の測定精度？	 増やし検証する必要	8	2014年の鏡(5枚)の	  2f	  法による D80	  の測定	No.70	
55.85	  m	No.72	

D80	  [mm]	

D80	  [mm]	

像の最小である位置	  R	  と	  R-­‐0.5(m),	  R+0.5(m)	  の計3カ所で露光時間を変えて測定。	

56.85	  m	55.35	  m	

※	  R：曲率半径	56.35	  m	55.85	  m	56.35	  m	曲率半径 [m]曲率半径	  [m]	Mirror	  #	No.70	

No.71	

No.72	

No.74	

No.75	

R	  (m)	

56.35	

56.35	

55.85	

56.00	

57.175	

D80	  (mm)	 27.8	

27.6	

28.7	

28.7	33.1		

要求値	  D80(@2f)	
<	  33.4	  mm	

全ての鏡で、結像性能(D80)は要求値を満たしている。	
9	耐候性試験	
試験用小型鏡を屋外に暴露し、反射率低下の時間変化を調べることで10年の耐久性を見積もる。	

＜現ミラー＞	
・現在実際の鏡に施されているコーティングをしたもの。	  
-­‐	  短波長側で反射率が	  90	  %以上（＞要求値）	  -­‐	  5層スパッタリングコーティング	  reﬂectance	  at	  370	  nm	

＜ミラーサンプル＞	  現ミラー	

・開発段階初期のミラーサンプル	ミラーサンプル	

赤円：ミラーサンプル 青円：現ミラー	exposure	  (day)	

現ミラーでは大きな反射率低下が見られない。→	
耐候性能が高い。	  
・茨城大、東大宇宙線研、近畿大、甲南大の	  4	  カ所	  で試験中	
・実際の建設地である	  La	  Palma	  	  今後も試験を継続し、	  場所による違いが生じる	  10	かを検証	

まとめ	• 分割鏡開発	  -­‐	  安価で軽量な鏡の製造に成功。	  
-­‐	  現在	  34	  枚製造。	  

大量生産段階へ	  • PMD	  法と	  2f	  法の比較	  -­‐	  焦点距離の比較ではほぼ一致した結果が得られた。	  
-­‐	  D80	  では約	  6	  -­‐	  10	  mm	  程度の差。	  
PMD	  法の系統誤差を	  →	  ・PMD	  法の系統誤差	   サンプル数を	  理解し、手法の確立	
・2f	  法の測定精度	   増やし検証	-­‐	  2014年の鏡は	  2f	  法評価で要求を満たす。	  
→	  PMD	  法で今後評価予定。	  

• 耐候性試験	  -­‐	  大きな反射率低下が見られない。→	  耐候性能が高い。	  
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