CTA 報告137:
CTA大口径望遠鏡分割鏡性能評価と開発状況について
稲田知大A, 手嶋政廣A,B, 野田浩司C, 奥村曉D, 加賀谷美佳A, 片桐秀明E, 黒田隼人A,齋藤隆之A, 千川道幸F, 中嶋大輔A, 深見哲志A, 林田将明G, 山本常夏H, 吉田龍生E，李健F 他CTA-Japan consortium

東大宇宙線研A, Max-Planck-Inst. fuer Phys.B, IFAEC, 名大ISEED, 茨城大理E,
近畿大理工F, 千葉大G, 甲南大理工H

Cherenkov Telescope Array (CTA)
次世代地上ガンマ線群★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(20GeV ~ 300TeV)★南北のサイトで観測 北:La Palma(Spain), 南:Paranal(Chile)

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

★観測エネルギー帯◆20GeV - 1TeV

★光学系仕様◆口径(D) : 23m◆焦点距離(f) : 28m◆視野 : 4.5
◆カメラPixelサイズ : 0.1 (50 mm)◆主鏡面形状 : 放物面■198枚の球面分割鏡により構成

198枚の分割鏡配置

LST概念図★CTA北サイト : La Palma◆Roque de los Muchachos observatory,
La Palma, Spainに初号機を建設中◆合計4台建設予定

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

大口径望遠鏡(Large-Sized Telescope : LST)

放物面への分割鏡配置
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CTA-LST 建設状況@La Palma2017.09.01

2017.10.01

2017.11.01

2017.12.04

2018.01.25

2018.02.18★分割鏡インストール : 4 - 5月
★カメラインストール : 今夏予定
2018.03.12
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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)•D80 : 鏡から反射された全光量の80%が入る円の直径1.51m★製法 : Cold Slump 技術

曲率を持った型(モールド)★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(~50kg)な鏡の製造に成功◆大量製造段階◆今年度内に合計約900枚がほぼ製造終了

5分割鏡の性能評価
目的

使用する分割鏡一枚一枚の性能を評価★品質管理のための測定★望遠鏡放物面への配置の最適化

性能評価手法 : 2f法★曲率半径(R)だけ離れた点光源からの反射像の広がりを測定★像の広がりを結像性能(D80)として解析★測定のための原点は目視でスポットが小さくなるところをとり、7点測定後、双曲線でﬁttingする。

-0.60m0.60m

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D80[mm]2f測定で得られたスポットイメージとD80測定した7点を双曲線フィッティングした際の最小値をとる位置を曲率半径(R)としている

赤点 D80(測定値)
青線 双曲線フィッティング-0.60m+0.60m
R位置mm
mm

Distance from mirror[m]-0.40mスポットイメージの光量は全てlog scale-0.20m0m+0.20m+0.40m分割鏡の性能評価結果(宇宙線研+三光精衡所)
検査の流れ (1)納品前に三光精衡所で全数検査

青: LST1台分ごとを理

曲率半径(R)

スポットサイズ(D80)

Spec. 56.0 - 58.4m

Spec. D80@2f<33.3mm

histR_LST
histR849
792
Entries
57.16
57.17
Mean0.7252
RMS 0.6713

9080849
Entries
57.16
Mean
RMS 0.7252

想的な放物面と考えて、 60ときの分布。
(三光精衡所+宇宙線研)

120

Spec

100

80

50
60

4030

赤: 測定結果

849
Entries
27.09
Mean
2.632
RMS

histR
70

それを４台分製造した

histD80

Entry

Entry

(2)納品後に宇宙線研で抽出検査(当初100%, 後に20%)40Spec.より20%小さい

20

平均値を達成

20
10
055.5

5656.55757.558
58.5
Curvature Radius(m)0182022242628303234
D80 @ 2f (mm)

★分割鏡製造はほぼ終了、望遠鏡3台分はすでにラパルマに輸送済み★残りは年度内に納品、順次ラパルマへ輸送

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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 0.2m以内■2f法での7点測定の間隔に相当

青: 望遠鏡放物面からspot size@2f[mm]Spotsize spec.

計算した値
赤: 測定結果

Curvature Radius[m]Curvature Radius[m]9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 0.2m以内■2f法での7点測定の間隔に相当計算値との差の絶対値(m)分割鏡のRの関係
光軸中心からの距離[m]分割鏡の曲率半径[m]光軸中心からの距離と計算値(青)
測定値(赤)

光軸中心からの距離[m]光軸中心からの距離[m]10望遠鏡光学性能の見積もり★光線追跡シミュレーションを行い、望遠鏡スポットサイズを見積もった◆入力パラメータ : 曲率半径、分割鏡スポットサイズ
望遠鏡ジオメトリ

紫線：PSF requirement
青線：Spot size 0.1[deg]=PMT1pixel@Off-axis Angle 1.0[deg]

ROBAST (A.Okumura, 2016)★ランダム配置と、今回導入した配置を比較した◆oﬀ-axis=0で最大30%程度向上する◆oﬀ-axisが~1[deg]までスポットサイズが1pixelより小さい

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分割鏡インストールに向けて
インターフェースプレート★4月の分割鏡取り付けに向けて準備が着々と進行中◆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◆分割鏡の観測サイトへの輸送準備
アセンブリ後のインターフェースプレート

インストール作業

インストール後のインターフェースプレート12

分割鏡インストールに向けてNEW!!
176個のインターフェースプレートがインストール終了
次は分割鏡

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まとめ

★北サイトのLST4台分の分割鏡製造はほぼ終了。
◆すでに3台分はラパルマにあり、4台目の分も順次輸送中。
◆最終的に製造した鏡のPSFの平均値はSpec.より20%小さく、当初の想定よりも良い性能の鏡のmass productionに成功した。
★LST初号機に用いる分割鏡198枚の選定が終了。

★現在LST光学系構築が進行中。
◆インターフェースプレートの取り付けは年度末で終了。
◆4月中旬から分割鏡インストールへ。

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