CTA 報告146 :CTA大口径望遠鏡光学系
インストール現状
稲田知大A, 野田浩司A, 深見哲志A, 奥村暁C, 加賀谷美佳A, 片桐秀明D, 黒田隼人A,齋藤隆之A, 千川道幸E, 手嶋政廣A,B, 藤原千賀己E, 山本常夏F, 吉田龍生D，李健E 他
CTA-Japan consortium

東大宇宙線研A, Max-Planck-Inst. fuer Phys.B, 名大ISEEC, 茨城大理D, 近畿大
理工E, 甲南大理工F

Cherenkov Telescope Array (CTA)
次世代地上ガンマ線望遠鏡群★三種類(大中小)の口径の望遠鏡★従来の望遠鏡と比較すると◆ 一桁以上の感度向上◆ 一桁広いエネルギー帯域 (20 GeV - 300 TeV)
★南北のサイトで観測 北 : La Palma(Spain), 南 : Paranal(Chile)

Credit:https://www.cta-observatory.org

大口径望遠鏡(Large-Sized Telescope : LST)
★観測エネルギー帯

建設中の初号機◆20 GeV - 1 TeV★光学系仕様◆口径 (D) : 23 m (~400m2)◆焦点距離 (f) : 28m◆視野 : 4.5 [deg]◆カメラPixelサイズ : 0.1 [deg] (50 mm)◆主鏡面形状 : 放物面■198枚の球面分割鏡により構成◆反射率：28m
LST概念図23m■>90 % @ 400 nm, >85 % @ 300 - 550 nm◆Active Mirror Control (AMC)システム■観測中に鏡の方向を補正
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地上ガンマ線望遠鏡における光学系の重要性★バックグラウンド除去能力の向上

望遠鏡焦点面でのシャワーイメージ◆ガンマ・ハドロン分離
地上ガンマ線観測ではシャワーイメージを用いてガンマ・ハドロン分離を行う■焦点面での結像性能が非常に重要◆夜光除去能力の向上
放物面鏡は光線の時間同一性という特徴を持つ

H. J. Volk, K. Bernlöhr 2009

信号からの短いパルス幅を保つことが可能■放物面のalignmentが必要

望遠鏡光学性能を向上させることで低閾値化＆高感度化へ
京都大 野崎修論

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分割鏡開発★分割鏡仕様◆三光精衡所との共同開発◆曲率半径 : 56.0 ‒ 58.4 m◆スポットサイズ: D80 < 16.7mm@1f(pixel sizeの1/3の大きさ, 0.33 [deg])• D80 : 鏡から反射された全光量の80%が入る円の直径★製法 : Cold Slump 技術

曲率を持った型(モールド)

1.51m★モールドは6種類の曲率を用意◆放物面配置する際に最適配置を行う★安価で軽量(~50 kg)な鏡の製造に成功◆大量製造段階◆約1000枚の製造が終了 New!!

5分割鏡のQuality Control(1)納品前に三光精衡所で全数測定, データ解析は宇宙線研担当
検査の流れ(2)納品後に宇宙線研で抽出検査(当初100%, 約300枚製造後に20%)
曲率半径(R)

スポットサイズ(D80)

Spec. 56.0 - 58.4m

Spec. D80@2f < 33.4mm

青: LST1台分ごとを理想的な放物面と考えて、それを４台分製造したときの分布。
赤: 測定結果(三光精衡所+宇宙線研)

仕様よりも20%良い平均値を達成★2年間に及んだ約1000枚の分割鏡製造は無事終了★望遠鏡4台分はすでにラパルマに輸送済み

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初号機に載せる198枚の鏡の選定★望遠鏡放物面のR(計算値)と分割鏡のR(測定値)が合うように分割鏡198枚を選択◆放物面Rと分割鏡Rの差は、全ての分割鏡で±3.5 %以内に抑えた
光軸中心からの距離と(赤)と理想分布(青)分割鏡のRの関係

分割鏡の曲率半径[m]LST-1に実装されたR分布

計算値(青)
測定値(赤)

光軸中心からの距離[m]7前回までの建設状況(光学系)★インターフェースプレートのアセンブリ■アクチュエータの取り付け, 調整等◆インターフェースプレートのインストール

176個のインターフェース
プレートがインストール終了

観測サイトでの分割鏡インストール準備

CMOSカメラの取り付け等の準備

望遠鏡構造体への取り付け★現場での主な工夫③★それぞれの鏡の位置におけるCMOSカメラの向きの調整◆アクチュエータの可動範囲内で基準点◆1度以下の精度で調整(2018春JPS, 深見講演)★鏡表面の端面にシリコンコーティング◆端面はガラスが切り出された部分なので,チェリーピッカーへの取り付け

シリコンをコーティングすることで, 水の侵入を防ぎ, 鏡の劣化を防ぐ

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望遠鏡への分割鏡インストール★1日の平均インストール枚数:~17枚程度 -> 効率的なインストールを実現★8月下旬に198枚全てのインストールが終了
04/26 : 16枚 04/27 : 32枚

04/28 : 44枚 05/03 : 58枚

05/04：74枚

05/08 : 86枚 05/10 : 99枚 05/11 : 123枚 05/15 : 139枚 05/17 : 161枚

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198枚の分割鏡のインストールが完了
2018/08/18
2018/08/18

S. Fukami11

想定される光学系パフォーマンスに向けて望遠鏡PSFとoﬀ-axis angleの関係★レイトレースによるシミュレーション結果
ROBAST libraryを用いた(A. Okumura, 2016)◆入力した条件(1)実装された198枚の測定データ曲率半径,スポットサイズを実際の配置で入力(2)鏡の方向が正しく調整されている(3)Active Mirror Control(AMC)が正しく動作している■平均5秒角以内での補正ができる見込み

PSF < 1 pixel@Oﬀ-axis ~ 1 degにより
特にPoint source(pulsar, GRB)への感度向上が期待できる

紫線：PSF requirement
青線：Spot size 0.1[deg]=PMT
1pixel@Off-axis Angle 1.0[deg](JPS2017秋 深見講演)
1.00 [deg]0.00 [deg]★現状の作業では, (1)まで終了
Commissioning phaseでは(2), (3) を満たすための光学系キャリブレーションを行う
望遠鏡
スポットイメージ
12Commissioningに向けて★PSF Camera：天文用冷却CCD

望遠鏡焦点面◆光軸中心に設置■星像を使って, 鏡の方向を調整

Star■望遠鏡のPSF実測★以下を満たすようにレンズ(焦点距離)を決定

ReferenceLED◆視野：7.7 deg × 5.8 deg (H×W)◆解像度：0.00233 deg/pix (~ 1/12×PSF@1MIR)★読み出し(イーサネット)&解析ソフトウェアも準備中

PSF Camera FoV

Reﬂectedspot fromLED

Optical Axis Reference
Laser (OARL)

秋頃から望遠鏡に搭載し, 試験運用予定
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まとめ★分割鏡製造・Quality Control◆望遠鏡4台分, 約1000枚の製造が終了◆曲率半径の理想分布を満たし, PSFはspecよりも20%良い平均値★分割鏡インストール◆198枚の分割鏡全てのインストールが終了した★望遠鏡 Commissioning◆First lightに向けて, 順次鏡のカバーを外していき, 鏡の方向調整を行う◆PSF Cameraのセットアップが進行中■星像を使って, 鏡の方向調整, PSF実測■光学系Commissioningは秋開始, 1-2ヶ月を予定