CTA報告 170:
CTA大口径望遠鏡2-4号基における分割鏡配置の決定と光学性能の検証
⼩原 光太郎、稲⽥ 知⼤! 、野⽥ 浩司! 、 深⾒ 哲志! 、Ivegen Vovk ! 、奥村 曉" 、加賀⾕ 美佳 ! 、⽚桐 秀明、
⿑藤 隆之! 、⼿嶋 政廣!,$ 、 千川 道幸! 、 ⼭本 常夏% 、吉⽥ ⿓⽣、
他 CTA-Japan Consor-um
茨城⼤理、東⼤宇宙線研! 、名⼤ ISEE " 、Max – Planck – Inst. Phys.$ 、甲南⼤理⼯%

Cherenkov Telescope Array (CTA)計画
u ⼤中⼩の異なる⼝径の望遠鏡を配置
u 現⾏の望遠鏡に対して・感度を10倍向上
・観測可能エネルギー領域を20 GeV ~ 300 TeVに拡⼤
u LST初号基(LST1)： 2018年10⽉に完成、安定運転中2号基以降(LST2-4)：要素開発が終了、建設待機段階である。

⼤⼝径望遠鏡Large-Sized Telescope(LST)
20 GeV -3 TeV ⼝径 23 m 視野 4.5 °CTA完成予想図
h"ps://www.cta-observatory.org/about/
Crdit: Gabriel Pérez Diaz, IAC

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⼤⼝径望遠鏡(Large-Sized Telescope : LST)
観測エネルギー帯
u 20 GeV ~ 3 TeV
LST光学系仕様
u ⼝径：23 m
u 焦点距離：28 m
u カメラピクセルサイズ：0.1 °(50 mm)
u 主鏡⾯：放物⾯形状→198枚の球⾯分割鏡によって実現
分割鏡仕様
u 重さ：~ 50 kg
u 曲率半径：56.0 m ~ 58.4 m→LSTの放物⾯形状に対応
u スポットサイズ
16.7 mm以下＠分割鏡の焦点距離→ピクセルサイズの1/3のサイズ

23 m

28 m

Crdit:cta-observatory.org(Daniel López / IAC)

正六⾓形

1.51 m3

本研究の⽬的①La Palma島にある741枚の分割鏡からLST2-4に搭載する分割鏡を決定し、LST1と同等の光学性能を持つことを⽰す。
分割鏡の性能スポットサイズ、曲率半径(2f法測定)
反射率(テストピースの測定)②ピースの測定結果を⽤いてLST2-4の全体の反射率がCTAの仕様を満たすことを検証する。
主鏡⾯の反射率仕様＞ 85 % ＠ 300 nm ~ 550 nm＞ 90 % ＠ 400 nm
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LST2-4号基に搭載する分割鏡の選定
741枚からLST2-4に搭載可能な分割鏡を選ぶ条件①曲率半径：56.0 m < R < 58.4 m
スポットサイズ: 33.4 mm以下

②曲率半径:R < 56.0 m、R > 58.4 m
スポットサイズ: 30 mm以下

鏡の枚数

分割鏡のスポットサイズ[mm]曲率半径とスポットサイズの分布
条件を満たす鏡は677枚②①②
分割鏡の曲率半径[m]677枚の曲率半径の分布
⻘：3台分の理想的な曲率半径
⾚：677枚の分割鏡の曲率半径677枚でLST2-4を製造可能な分布である。

分割鏡の曲率半径[m]677枚の鏡の中からLST2-4⽤の594枚の鏡を決定する。

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LST2-4号基に搭載する鏡の決定
u鏡は5枚1組となってRack(⾦属製の棚)に収納・保管されている。
uRackごとにLST2-4にランダムに分配し、全てのLSTで理想的な曲率半径を満たす分布を探す。

鏡の枚数

Rackの分配でできた望遠鏡1台分の分布

分割鏡の曲率半径と放物⾯の曲率半径の差(LST1との⽐較)
LST1

LST2 カラーバー [m]

LST3

LST4

⻘: 理想的な曲率半径
⾚: 搭載する分割鏡の曲率半径

分割鏡の曲率半径[m]LST2-4の分配⽅法を確⽴し、LST1よりもよい曲率半径分布を達成

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分割鏡配置の決定と望遠鏡光学性能の評価
u 光線追跡シミュレーションを⽤いてLST2-4の望遠鏡のスポットサイズを評価
・望遠鏡の中⼼から順に、曲率半径の⼩さい分割鏡を配置
・望遠鏡全体のスポットサイズが仕様を満たすかを検証

ROBAST(A.Okumura,2016)
を⽤いた光線追跡シミュレーション
光軸からの傾き0 °~ 2.5 °まで0.5 °間隔で照射
0°

1.2 °

光線の⼊射⾓とスポットサイズの関係
スポットサイズ[度]u スポットサイズの仕様→光軸からの傾きが1.2 °でスポットサイズが0.11 °以下

⿊：LST1
⾚：LST2
⻘：LST3
緑：LST40.11 °
スポットサイズの差は最⼤1.5%である。
1.2 °光軸に対する光線の⼊射⾓[度]LST2-4でスポットサイズの仕様を満たし、LST1と変わらないスポットサイズを⾒積もることができた。

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LST1-4号基の198枚の反射率
u ミラーピースの反射率を元にLST1-4号基の主鏡全体での反射率を求める。
ミラーピースとは、分割鏡と同時にスパッタリングされ製造された鏡である。
→分割鏡の反射率の代表値
LST1-4号基の平均の反射率(250 nm ~ 850 nm)
⿊：LST1
反射率 [%]

⾚：LST2
⻘：LST3
緑：LST4
灰⾊：標準偏差1σ

ミラーピースu LST1-4号基の反射率の平均値がCTA仕様の> 85 % ＠ 300 nm ~ 550 nm> 90 % ＠ 400 nmを満たしている。
標準偏差：約1 ％＠400 nm
波⻑ [nm]u 実際の分割鏡は場所による反射率のムラがある。
→分割鏡の鏡⾯全体の反射率を測定することで、より正しい反射率を⾒積もる。8

分割鏡の反射率の場所依存性の測定
測定⽅法

実際の測定の様⼦

u 測定機器：KONICA MINOLTA 分光測⾊計 CM-2600du 測定した鏡：2枚＠三光精衡所(ピースの反射率なし)、3枚＠ICRR(ピースの反射率あり)
u 波⻑帯：360 nm ~ 740 nmまで10 nm間隔
u 測定箇所：15 cm間隔で84点測定

CM-2600d

波⻑に対する84点反射率の変化
360 nm

420 nm

85 % ~ 95 %480 nm

反射率は場所依存性があり⾮⼀様であることがわかる。
9分割鏡の場所依存性の測定結果
反射率 [%]

ピースの反射率(実線)と84点の平均反射率(点)の⽐較
⻘：ID558
⾚：ID1247

緑：ID1167波⻑ [nm]u ⾮⼀様性(エラーバー)は ~1.5 %＠400nm ,~4 % ＠550nm
u ピース反射率(実線)と84点の平均反射率(点)の差 ~1.4 %＠400 nm ,~5 %＠550 nm
u ピース反射率と84点の平均反射率の差は⾮⼀様性の影響であると考えられる。
u この影響を考慮し、Monte Carloに⼊れる⽅法を検討中

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まとめ
uLST2-4号基に⽤いる分割鏡の選定
・198枚×3台分、計594枚の選定が終了
・Rackごとに分配する⽅法を確⽴→曲率半径の理想的な分布を満たし、輸送や作業の効率化ができる分配⽅法である。
u光線追跡シミュレーションによる望遠鏡の評価
・LST2-4でLST1と同等の集光性能を持つ望遠鏡を製造可能
uLST1-4の分割鏡の反射率
・LST1-4の反射率をミラーピースを元に作成→CTA仕様を満たす反射率の平均値となっている。
・分割鏡の場所依存性を測定
⾮⼀様性の影響を考慮し、Monte Carloに⼊れる⽅法を検討中
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