第3回 可視赤外線観測装置技術ワークショップ : P-29
2013/12/17-18 @京都大学・理学研究科セミナーハウス

発表者連絡先akitaya@hiroshima-u.ac.jp

広島大学・宇宙科学センター 秋田谷 洋+ 広大かなたチーム

はじめに

1

3 洗浄・蒸着の効果の評価

 我々は東広島天文台において口径1.5mかなた望遠鏡(図1)を運用している。
 主鏡材はULEガラスであり、鏡面にはアルミニウムが蒸着されている(図2、表1)。
 望遠鏡は、年間約250夜(観測のためドームを開けた夜数換算)に達する高頻度で利用されており、経時とともに蒸着面の劣化や汚れの付着が生じる。
 望遠鏡の反射率を維持するために、数か月おきの主鏡洗浄、およ 図1 : かなた望遠鏡
び、ほぼ1年おきの主鏡再蒸着を行っている。それらの状況について報告する。

図２ : かなた望遠鏡主鏡
表1 : かなた望遠鏡主鏡の主要仕様

材質
有効径
外径
光学系
F比
厚さ
重量

ULE(極超低膨張ガラス)
1500 mm1600 mm
Ritchey-Chretien系
2.0
約20cm
983 kg

 主鏡洗浄や再蒸着の直前に、デジタル顕微鏡((株)テック 秀マイク
ロン3； 最大230倍)を用いた表面観察を行った(図6、7)。
 2013/4の洗浄直前は、30-50μm径の黄色い粒子(黄砂?)と数~50μm大の不規則形状の黒い物質(排気ガスカーボン?)の付着が顕著であった(図6(b),(c))。
 2013/11の蒸着直前の鏡面には、数10μm径の白斑が鏡面全体に一様に分布していた。アルミ反射膜の劣化であろう。まばらに分布する目視できる異物は、進行したアルミ腐食とみられる構造(図7(b)-(d))や、虫や板片などの付着であった(同(e))。
(a)

(c)

(b)

図6: 2013/4洗浄直前。前回洗浄から2ヶ月経過。(a)観察部位の俯瞰。
(b)(c)綿布に拭き取った付着物の顕微鏡写真

(a)
(b)

(c)

(d)

(e)

2 主鏡再蒸着作業(a)(1) プリウェッティング作業(c) 蒸着作業に先立って、タングステンフィラメント表面にアルミ材を付着(ウェッティング)させたアルミ付フィラメントを作成する。
 国立天文台岡山天体物理観測所(OAO)のプリウェット専用の設備を用いる。 図3 : (a)プリウェッティング (b) 必要数100本(予備含む)を製作する。 用真空窯。(b)ウェッティン
グ前後のフィラメント。
 3名で2泊3日程度を要する。
(c) フィラメントとアルミ材の(d)

真空窯への取り付け。(d)加熱によるウェッティング(2) 再蒸着作業

 岡山天体物理観測所(OAO)の設備を用いる。
 望遠鏡からの脱着・輸送を含めて、3日を要する。
 望遠鏡からの脱着作業は広大メンバー6名程度以上+西村製作所3名。OAOにおける蒸着作業は広大メンバー6名程度以上+西村製作所3名+OAO所員数名を要する。

課題: 従来は、経験のあるOAO職員の主導で再蒸着作業を行ってきた。しかし、OAO側人員の不足により、今後はOAO設備は借りつつも、広大メンバーの主導で再蒸着の全作業を行う必要がある。広大メンバーの作業の習熟が急務である。

2日目
3日目
1日目
(OAO)
(OAO)
(東広島天文台)• 真空釜からの取り出し・検査(反射• カセグレン装置取り外し(a) • 古い蒸着膜の除去・鏡面洗浄(塩酸・硫酸銅溶液、重曹、エタノール、 率測的・スコッチテープテスト) (h)• 主鏡セルの取り外し(b)• 東広島天文台への輸送(i)• 主鏡をセルから取り外し(c) アルコールエーテル、乾拭き) (d)• OAOへの輸送(~100km) • 真空蒸着釜への主鏡封入・アルミ (東広島天文台)
(j)
(e)
(j,k)
フィラメント装着•
主鏡の再装着(a)(b)• イオンボンバードメント(f)• カセグレン装置再装着(f)• 蒸着(g)(h)(d)

図7 : 2013/11蒸着直前の鏡面顕微鏡観察。前回洗浄から3ヶ月経過。(a)典型的な鏡面顕微鏡観察。
(b)-(e)目視で認識できる異物の拡大。

 再蒸着の前後に、スキャトロメータ(TMA μScan H-670-01)を用いて、波長670nmにおける反射率を測定した(表2)。
 2013年の洗浄の前後に、望遠鏡に搭載した可視光観測装置(ナスミス焦点HOWPol)によりドームフラット(光量は数ｘ 0.1%で安定)の画像を撮像し、前後の相対的な望遠鏡効率変化を測定した(表3)。
 洗浄を行わないと、12ヶ月間に反射率が~75%まで低下する(表2・2010年)。
 洗浄を行うことで、同期間の反射率低下を最大81-82%程度まで抑制できる(表2・2012年)。洗浄により、可視波長全体で4-7%程度望遠鏡効率(注・M3洗浄効果も含む)が回復する(表3・2回目)。
 但し、12ヶ月を超えると、洗浄では反射率が回復しなくなる(表3・3回目)。17ヶ月で反射率は76%程度まで低下する(表2・2013年)。
→ 短期的には反射率低下の原因が汚れの付着であるのに対して、長期的には反射膜の劣化が支配的になるためと考えられる。
表2: 再蒸着前後の反射率変化

再蒸着日

蒸着間 蒸着前洗隔浄回数
02010/6上旬 12ヵ月
2011/6/9 12ヵ月
1-3
2012/6/21 12ヵ月
2
2013/11/20 17ヵ月
3

蒸着前反射率

蒸着後反射率75.4±1.5 %76.7±1.5 %~81-82 %~75.7±0.8 %90.1±0.2 %88.4±0.3 %~90 %90.7±0.1 %表3: 2013年の洗浄前後の望遠鏡効率変化(洗浄前に対する相対比)
(k)

(g)
(i)

(e)

図4: 再蒸着作業の各工程(3) 洗浄作業
 数ヶ月おきに、工業用洗浄材(OLYMPUS
HYPERCLEEN EE-3310)を用いて主鏡に付着した汚れを洗い流している。
 3名で1時間程度を要する。
 併せて、第3鏡(アルミ反射膜+SiO2保護膜)のエタノー
ル拭上洗浄も実施している。
第2鏡(アルミ反射膜+SiO保護膜)については特に洗浄は行っていない。

(a)

(c)

2回目
2013/4/30
3ヵ月+6.7±0.3 %+6.2±0.1 %+6.1±0.2 %+4.3±0.5 %3回目
2013/8/22
4ヵ月±0.0 %
+1.5%
+0.4%
+0.4%

 2013/11の蒸着前後に、可視装置(HOWPol)で測光標準星観測(大気減光補正)を行い器械等級原点を測定し、主鏡反射率の相I
BRV
対変化の波長依存性を評価した(図8)(b)(d)
図5: 洗浄作業の各工程
1. バッフルを取り外す。 (a)2. 第3鏡の保護・洗浄液流出防止用の目張り (ペット用おむつ・ポリエチレン発泡体チューブ)を施す。(b)3. 洗浄。洗浄液を浸した綿布(コットンシーガル)を鏡面に軽く押し当て、搾り出た洗浄液で汚れを洗い流す。(c)4. 第3鏡をエタノールで拭き上げる。(d)

謝辞 主鏡再蒸着作業においては、小矢野久氏をはじめとする国立天文台岡山天体物理観測所所員の皆様から多大な支援を受けました。心より感謝いたします。

 有意な波長依存
図8 : 測光標準星性は見られな観測から推定したかった。蒸着によ 2013年蒸着前後の主鏡反射率相り、可視波長全体で反射率が回 対変化(赤)とスキャトロメータによ復したとみられる。 る直接測定値(青)＃効率相対変化(蒸着後/蒸着前) [%]

(c)

1回目
2013/2/1
前回洗浄・蒸着からの期間
7ヵ月
効率回復 B-band 欠測
V-band 欠測
R-band 欠測
I-band 欠測

本報告に関連する参考文献
渡辺ほか, 1995, 国立天文台報, 2, 523 (鏡面クリーニング)
沖田ほか, 1994, 国立天文台報, 2, 469 (ULE鏡洗浄蒸着)
沖田ほか, 1995, 国立天文台報, 2, 645 (赤外シミュレータ=かなた望遠鏡の前身)
佐々木ほか, 1999, 国立天文台報, 4, 121 (プリウェッティング)