成果報

告書

研究テーマ名：TMT-AGE:TMT Analyzer for Galaxies in the Early universe
業務の実績(1)業務の実施日程
実施日

程業務項目
4月

5月

6月

7月

8月

9月 10月 11月 12月

1月

2月

3月

前置補償光学検討１
前置補償光学検討２
並列計算機計算
速度評価
開ループ補償光学試験
ＲＡＶＥＮ調整作業(2)業務の成果の説明
多天体補償光学系の前置補償光学系の光学設計を行った。オフナー光学系を用いた前置補償光学系について視野を直径１０分とした光学設計を検討した(前置補償光学検討１)。仕様検討を行った後に、光学設計はオプトクラフト社に発注し、納品された光学設計の評価を行った。この結果、オフナー系で前置補償光学系を実現した場合には非常に大きな光学系が必要となることが判明した。オフナー系以外での前置補償光学系の検討を行うため、自由曲面鏡を複数面導入することを許容した光学系での検討を進めた。光学設計はフォトコーディング社に発注し、納品された光学設計の評価を行った。視野直径８分を実現し、光学系のサイズも実現性の高い１．５ｍ弱となる解があることが分かった（前置補償光学検討２）。以上の検討結果を踏まえて前置補償光学系の概念検討結果としてまとめた。
３０ｍ望遠鏡の多天体補償光学系に必要となる多素子シャックハルトマン波面センサーの画像デー
タ処理計算およびトモグラフィーによる大気揺らぎ推定計算がグラフィックボードを用いた汎用並列計算（ＧＰＧＰＵ）で十分に高速に行えることを実証するためにＧＰＧＰＵボードを搭載した計算機を購入し、波面データの画像処理計算、トモグラフィー推定計算を実装し、計算速度の評価を行った。
波面データの画像処理計算については０．２ミリ秒の高速で行えることを確認した。トモグラフィー推定計算については反復の初期値を工夫することで５ミリ秒程度の高速で行えることを確認した。以上の結果を踏まえて並列計算機による計算速度の評価としてまとめた（並列計算機計算速度評価）。
小型開ループ補償光学系の実験室評価実験を行い、可変形鏡の制御特性について評価した。ツェル
ニケモードを再現する試験を行い、それぞれのモードの再現性について評価をまとめた（開ループ補償光学試験）。
すばる望遠鏡での多天体補償光学系の実証試験となるＲＡＶＥＮプロジェクトにおいて、実証データを取得するために２０１４年１月より大学院生を国立天文台ハワイ観測所に派遣した。２０１４年５月の試験観測に向けて光学調整作業を完了した（ＲＡＶＥＮ調整作業）。

３．研究の進捗状況（継続の場合のみ。詳細は別途報告書を参照するので要約のみで構わない。報告書の内容の補足や、それ以降の進展があれば記載すること）

我々は多天体補償光学系の広視野での補償性能を向上するアルゴリズムとして、複数のタイムステップの測定を用いる複タイムステップトモグラフィック波面推定の方法を提案している。この方法について計算機上での補償シミュレーションを行い、広視野での補償性能が従来のトモグラフィック推定に比べて十分に向上することを確認した。左図はMOAO, total WFE

400

補償後の波面残差を視野中心からの距離で書いたものである。赤3000.12500.20.3

2000.40.50.60.7150100Strehl Ratio (J-band)

WFE removed TT [nm]350050100150200250300

distance [arcsec]

線と青線は従来の方式でのトモグラフィック推定の結果であり、ガイド星を狭く配置した場合（赤）には視野中心では補償が効くが、視野周辺では悪い、ガイド星を広く配置する（青）と視野全体で同じ程度の補償になるが全体に補償性能が下がる。緑線は複タイムステップトモグラフィッ

ク推定を用いた場合である。広視野にわたって良い補償が実現できることがわかる。ただし、この方法を用いるには上層大気揺らぎ層の揺らぎの強度分布と風向・風速を情報として与える必要がある。揺らぎの強度分布については複数の波面センサーの同時刻の測定の相関を取ることで、風向・風速についてはトモグラフィー推定された各高さの揺らぎのパターンの異なる時刻での相関を取ることで推定することが出来る。これらの方法について計算機上でのシミュレーションを通じて十分な精度での推定が可能であることを確認した。
ＲＡＶＥＮは多天体補償光学系のすばる望遠鏡での実証試験であり、トモグラフィック波面推定や風向・風速の推定の精度について評価する。２０１４年１月より大学院生の大野がハワイ観測所の特別共同利用研究員として試験に参加し、光学調整やキャリブレーションユニット性能評価を行った。キャリブレーションユニットを用いて模擬大気揺らぎを複数の波面センサーで測定したデータを取得し、揺らぎの強度分布や風速・風向を波面センサーデータの相関を取ることで推定する手法を確立した。キャリブレーションユニットを用いて、オンソースの単層共役補償光学（ＳＣＡＯ）、地表層補償光学（ＧＬＡＯ）、多天体補償光学（ＭＯＡＯ）のそれぞれの補償方法を用いた試験で得られた疑似星像を前頁の図にまとめた。キャリブレーションユニットを用いた結果を見るとそれぞれの補償光学の特性から予想されるのと合致する補償性能が得られており、実際の天体を用いた観測に向けた準備は進んでいる。最初の試験観測は２０１４年５月に予定されている。

我々は多天体補償光学系のシステムとして各天体の補償を行う小型の補償光学系の前にすべての天体に共通の大気揺らぎ成分の補償を行う
前置補償光学系を置く設計について光学設計の検討を行い、前置補償光学系を置く場合と置かない場合の性能と実現可能性の比較を行っている。我々は昨年度の検討に引き続いて改良オフナー光学系を用いた前置補償光学系について視野を直径１０分角と拡大した光学設計をオプトクラフト社に依頼して行い、性能の評価を行った。この結果、直径１０分角の視野に対しても焦点面の星像は後段の補償を考えると十分に良い像が得られること、副鏡の部分で視野全体の光が十分にきれいな瞳像を作ることが出来て補償光学系として機能すること、を確認した。
一方で直径５分角の視野の場合には直径３．２ｍのミラーで系の全長が６．６ｍとなり、直径１０分角の視野の場合には直径４．７ｍのミラーで系の全長が８・４ｍという大きな光学系が必要となることが判明した。このような大きな光学系では実現可能性が低いと考え、改良オフナー系以外で小型化した前置補償光学系の可能性を探った。自由曲面鏡を複数面導入することを許容して小型化した光学系が出来るかどうかの検討を行った。光学設計をフォトコーディング社に依頼して行い、性能の評価を行った。これまでのところ、複数の自由曲面鏡を用いる場合、視野直径８分を実現し、鏡のサイズも１．５ｍ弱で系の全長も３．５ｍとなる解があることが分かった（上図）。２０１４年度に引き続き自由曲面鏡で視野直径１０分を実現する解について検討を進め、前置補償光学系の性能評価とその有無による性能の比較検討をまとめる。
３０ｍ望遠鏡の多天体補償光学系の波面センサーデータの解析とトモグラフィック波面推定においては素子数が多いために高速な制御計算が必要となる。また我々は波面センサーデータの相関を取るなどして風速・風向の情報を得ることを想定しており、要求される計算量はさらに増える。要求される高速な計算を行うためにグラフィックボードを用いた汎用並列計算（ＧＰＧＰＵ）を導入し、計算速度の評価を行って来た。波面センサー画像の処理については６０ｘ６０素子のシャックハルトマン波面センサーについてそれぞれの素子を１５ｘ１５ピクセルでカバーするレーザーガイド星用波面センサーのシミュレーション画像を用意してＧＰＧＰＵでの処理速度の評価を行った。その結果データの転送を含めて０．２ミリ秒の十分に高速に画像処理が可能であることが分かった。トモグラフィー波面推定の計算については反復解法で解いている。１回のイテレーションにつき０．７ミリ秒かかり、収束には少なくとも５回程度のイテレーションが必要で、現状ではトータルで３．５ミリ秒かかることになる。ただし、並列計算に用いるボードの数を増やすなどすればさらに高速化することも可能であり、要求される１ミリ秒での計算も技術的にかけ離れた計算速度ではないことが分かった。
ＭＥＭＳを用いた小型多素子大ストローク可変形鏡の開発については新しい設計での試作を進めている。これまで試作を行って来たばね方式では、ばねの立ち上がり量が小さく大ストロークの実現が難しいことが判明した。新しい設計では Au-Si 共晶化によるウェハー接合により大ストロークに必要な大きなギャップを持つ構造を実現する。これまでのところプロセスの途中で破壊が生じるなどまだ一通りの試作が完了していない段階であり、２０１４年度も引き続いて試作と評価を進める。

使用実績報告書
１．総括表

区分費

目

予算額（円）

委託費の充当額（円）

決算額（円）

備 考

設備備品費

500,000

1,499,400

1,499,400

消耗品費

1,270,000

873,100

873,100000

その他の経費2,230,000

1,627,500

1,627,500

合計

4,000,000

4,000,000

4,000,000

委託費の額

4,000,000

4,000,000

収 自己調達額

00

入 その他

00

4,000,000

4,000,000

支人件費

出合計

２．決算費目別内訳(Ａ)支出
ａ 設備備品費
品 名

仕 様数
量単価(円)

金額(円)

発注年月日 引取年月日 支払年月日 備 考

ワークス
テーショ MAS-XE5-Silent 1台 1,499,400 1,499,400 13.12.16
ン

計ｂ 消耗品費
品 名14.1.2414.2.25

1,499,400

仕 様数量

金 額(円)

支払年月日

丸型コネクタ

FGG.1B.303.CLAD52

1個

4,935

13.10.25

直流安定化電源

PAN35-5A

1台

79,38013.11.25

直流安定化電源

PAN35-10A

1台

110,250

13.11.25

1式

262,500

13.11.25

1式

63,00013.11.25

1個

24,67513.11.25

1個

28,77013.11.25

4個

11,76013.11.25

光学設計ソフトウェア Zemax Standard
ZemaxデータベースソZebase
フト
高真空アングルバルブ
1FLV-16M
手動
レイキャクプレート
CS438-X0111-00
オオガタペルチェ
レイキャクプレートヨ CS438-X0114-00

備 考

ウブシュ
センターリング

VP2016(NW16)

2個

1,323

13.12.25

センターリング

VP2025(NW25)

1個

756

13.12.25

ブロックフランジ

VP4016(NW16）

2個

1,008

13.12.25

ブロックフランジ

VP4025(NW25)

1個

525

13.12.25

カップリング

VP1016N(NW16)

2個

1,218

13.12.25

カップリング

VP1025N(NW25)

1個

609

13.12.25

カップリング

VP1040N(NW40)

2個

1,407

13.12.25

ＭＳＩビデオカード

N780Ti-3GD5

1台

98,70013.12.25

Threaded Cage Plate

CP02/M

2個

4,368

14.3.252個

3,822

14.3.25

1個

23,07614.3.25

1個

1,945

14.3.25

1個

1,719

14.3.25

1個

39,67514.3.25

Cage Plate Mounting
CP02B
BracketHigh
Precision
Translating
Lens CXY1Mount for 1”Optics
Stackable Lens MountFor 1”Optic-Usable SM1L10
Depth 1”
Stackable Lens Mount
For 1”Optic-Usable SM1L05
Depth 1/2”
DOUBLE DENSITY200 ×MB2060/M
600×12.7 M6/26
A4フラットファイル

CF-A4SB

1袋

325

14.4.25

ボードマーカー中黒

パイロットWMBM12LB

2本

200

14.4.25

変換アダプタTAP-AD7T

1個

1,220

14.4.25

Wクリップ小CO-ｸﾘ-35N

2個

4214.4.25

1個

10,02814.3.31

1個

69,30014.3.313個

3,307

14.3.313個

3,307

14.3.31

5個

3,675

14.3.31

5個

3,675

14.3.313個

6,300

14.3.313個

6,300

14.3.31

アクロマティックレン
TS 25*125 MGF2ズ
正方形マイクロレンズ
10*10 300UM ±0.5°アレイ
ステンレス製マウント
TS M4 38.1MM
ポスト
ステンレス製マウント
TS M6 38.1MM
ポスト
オス-オス型アダプタ
TSー ハイブリッド
U1/4変換用アダプター
TS（マウントポスト用）
ポスト用ベースプレー
ト 縦方向スロット穴 TSタイプ
ポスト用ベースプレーTS
ト 横方向スロット穴

タイプ

計

873,100

ｃ 人件費
氏
名摘

要

金 額 (円)

支払年月日

備 考

該当なし
計

0ｄ その他の経費
種 別摘 要数量TMT多天体補 償 光 学 1式
装置
TMT多天体
補償光学装置の共通 前 置 広 1式
視野縮小
光学系検討業務

委託費

委託費

単価(円)

金額
(円)

発注年月日

引取年月日

支払年月日

備考

630,000

630,000

13.6.27

13.7.1013.8.28

国立天文台にて会計処理

997,500

997,500

13.12.25

14.3.1414.4.25

計1,627,500(Ｂ)収入
種

別

委託費の額

摘

要金額 (円)備考
このうち630,000円は国立天文4,000,000台にて会計処理

自己調達額0そ0の計

他

4,000,000（注）委託業務の実施に際し、収入を得た場合や取引相手先からの納入遅延金が発生した場合には、収入の欄におけるその他に計上すること。