CTA大口径望遠鏡用分割鏡制御システムの開発状況
深見哲志、稲田知大、加賀谷美佳、黒田隼人、齋藤隆之、手嶋政廣、中嶋大輔、林田将明 (東大宇宙線研)、奥村曉(名大ISEE)、、片桐秀明、吉田龍生(茨城大理)、千川道幸、李健(近畿大理工)、野田浩司(IFAE)、山本常夏(甲南大理工)、他CTA-Japan Consortium

1

2018/03/16 天文学会春季年会@千葉大学

picture from LST TDR, 2017

CTA大口径望遠鏡
構造体完成、2018年内に初観測予定
1.5 m

望遠鏡全体の仕様. 放物面鏡（分割鏡198枚で構成）. 口径 : 23 m (反射面積 : ~400 m ). 焦点距離 : 28 m
. 20秒で180 回転可能 (突発天体に対応)

焦点面検出器

228 m

23 m

分割鏡の仕様.
.
.
.
.

球面鏡（曲率半径 : 56 - 58.4 m）
対辺距離 : 1.5 m (表面積 : 2.0 m2)
重さ ~50 kg
アルミハニカム構造、鏡面5層コーティング
集光精度(仕様値) : 16.7 mm @ 28 m

分割鏡198枚設置予定(焦点面pixelの1/3)
2

2018/03/16 天文学会春季年会@千葉大学

AMC (Active Mirror Control) システム
・

分割鏡に生じる方向の歪み (最大4分角程度)
望遠鏡の自重による天頂角に依存した構造体の歪み
強風、気温による構造体の変形

天頂角:0-10.9 mm

予想できない鏡面の変形を観測中リアルタイムで制御

天頂角:90~ 1m-11.9 mm-10.9 mm-10.2 mm-10.1 mm-10.2 mm
1mm / 1m [rad] ~ 4 arcmin
3

Baseline Design Document for LST, 20132018/03/16 天文学会春季年会@千葉大学

分割鏡方向補正過程
光検出器（PMTs）
レーザースポット

焦点面⓪ 光軸の定義

光軸

望遠鏡中心から焦点面にレーザーを照射する① 各分割鏡の正しい方向の記憶
分割鏡に固定されたカメラで光軸スポットを撮影

CMOSカメラCMOSカメラレーザー(DMK23GM021)
近赤外線レーザー. 読み出しレンジ : 8 bit. 1280 960 pixel. 使用レンズ: f=25 mm

780nm, 5mW
4

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② 分割鏡の方向のずれ検出

分割鏡方向補正過程

光軸スポットの画角内での基準点とのずれを計算(基準点は明るい星の観測により較正する)③ 分割鏡方向の補正
スポットずれに対応した長さだけアクチュエータを伸縮
現在の位置
基準点

分割鏡 200枚

光軸カメラの焦点面画像...

アクチュエータレーザー
近赤外線レーザー

方向制御. 日本とチューリッヒ大の共同生産. 5 μmの精度で伸縮可能(①~③)

780nm, 5mW
5200枚繰り返し

2018/03/16 天文学会春季年会@千葉大学

② 分割鏡の方向のずれ検出

分割鏡方向補正過程

光軸スポットの画角内での基準点とのずれを計算③ 分割鏡方向の補正
スポットずれに対応した長さだけアクチュエータを伸縮

マックスプランク物理学研究所での試験構造体を用いた実地試験に現在の位置より、平均5秒角での補正を達成していることを確認した。
基準点
count

ミラー0
分割鏡 200枚

光軸
hist_res_1
Entries41030645

カメラの焦点面画像

要求精度 (14秒角) RMS 0.08298
Mean0.1441

hist_res_2
3100.06389

RMS0.03135

アクチュエータ

青 : 1回目補正後のスポット
2 秒角
レーザー
赤 : 2回目補正後のスポット

1

近赤外線レーザー
030645

Mean...

102

10

Entries

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

方向制御
0.9
1
[pixel]. 日本とチューリッヒ大の共同生産. 5 μmの精度で伸縮可能(①~③)

780nm, 5mW
6200枚繰り返し2018/03/16 天文学会春季年会@千葉大学

AMCシステムハードウェア
4月の分割鏡取り付けに向け準備進行中. アクチュエータ
現地到着済み、インストール中. CMOSカメラ
セットアップ進行中. 電源ボックス（制御PC、ネットスイッチ内蔵）
インターフェースプレート

現地到着済み、4月以降PC,スイッチの設定後インストール

無線モジュールXBee (XBP24-ASI-001)

アクチュエータ通信用

電源ボックス

AMC制御PC

防水アンテナCMOSカメラ固定ホルダー （TWE-AN-D114）

7

2018/03/16 天文学会春季年会@千葉大学

AMCシステムハードウェア

無線モジュールXBee(XBP24-ASI-001)

AMC制御PC
インターフェースプレート((電源ボックス(((((構造体チューブ

分割鏡無線アンテナ(((((((((((((((CMOSカメラ固定ホルダー〜〜

28 m
焦点面スポット

CMOSカメラアクチュ

防水アンテナエータ（TWE-AN-D114）
8

2018/03/16 天文学会春季年会@千葉大学

1

セットアップ① (アクチュエータ、IFプレート)

133.
.

3

アクチュエータの無線通信設定（サブグループの作成）

36

アクチュエータ、IFプレートのアセンブリ

36661161111

71111111111141411148141414121412121215151212121515121615151316161513131610131616101313101010131610101351010131610913

5510913510985599812998812151585595
559855998812

1498244224981214782442247811141472442224771472214771114

セットアップ後のプレート

7117214771113611366113361366

今年2月に終了、プレートのインストールが進行中

3363

11131316161616

制御PCによる分割鏡グループ

構造体へインストールされたプレート
picture by T. Saito, 2018 Feb.

92018/03/16 天文学会春季年会@千葉大学

セットアップ② (CMOSカメラ). レンズ調整、ネットワーク（IPアドレス）設定等~11.5°. 個々のCMOSカメラの角度調整@CTA倉庫- エッジ付近ではスポットが調整なしで視野角(8 11 )に入らない- 収差の影響を抑えるためスポットを視野の中心に据える- 構造体の中ではなく地上で行い、作業時間を減らす（計算値を用いる）
進行中、4月上旬に終了予定

カメラ角度調整用金具

CMOSカメラ角度調整値

角度調整用スクリーン10.2).2).2).2).2)
11 ,-11 ,-11 6,-11 2,-11,.
.
260
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8999.
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(4.
(2.
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150
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54,9,- 6.3,- 4.7,- 3.2,- 1.6,- 0.0,- -1.6, -3.2, -4.7, -6.3, -7.9, -9.4,(9. ) (7.
(((((() () () () () ().4)4)))))).
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8(10 ) (8.
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1
1
18, 3.2, 1.6, -0.0 -1.6 -3.2 -4.8(4.
((((((2018/03/16 天文学会春季年会@千葉大学

AMCソフトウェア
AMCシステム(を含む全サブシステム)のソフトウェアに課された条件 :1. 統一のオートメーション用通信規格OPCUAを用いた制御・ 異なる通信規格のデバイスをTCU(Telescope Control Unit)が全て制御する
・ CTA、大口径望遠鏡グループ内でのOPCUAの開発管理を容易にする

2. デバッグ用GUIによる制御
・ 本観測用GUIでは見えないローレベルの情報を得る
・ 本観測用GUIと並行して開発する事で開発時間を短縮する

Telescope Control Unit (TCU)
本観測用

GUI

OPCUA

AMC master PC
OPCUA

AMC slave PC

drive PC

デバッグ

デバッグ

GUI

GUI

16

Devices fordrive system

plugin ライブラリ
デバッグ
GUI

ethernet
13 CMOSカメラ

camera control

Devices for
Caco system…

IEEE 802.15.4

26 actuators11

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AMC本観測用GUI・ 本観測用GUIのディスプレイ

picture from Jaume (LST software team)12

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AMCデバッグGUI①・ 1グループ用の分割鏡制御のデバッグGUIを作成し、3枚分の制御により動作を確認制御する分割鏡グループ

アクチュエータの長さと信号強度接続状況

132018/03/16 天文学会春季年会@千葉大学

AMCデバッグGUI②

CMOSカメラ制御ディスプレイ(@ICRR)

カメラID,露光時間等のパラメータ14

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まとめ・ CTA大口径望遠鏡AMCシステムは、現行の望遠鏡と比べ1桁以上の高感度、高分解能のガンマ線観測を実現させるために必要不可欠な能動的分割鏡制御システムである。
・ AMCシステムのハードウェアは4月以降の分割鏡インストール、電源ボックスインス

トールに向けて順調にセットアップが進められている。
・ AMCソフトウェアに関して、アクチュエータやCMOSカメラを制御するデバッグGUIを作成し、直接デバイスに接続している制御PCからGUIを通して動作を確認した。

今後の予定
年度末頃まで :・ AMCソフトウェア開発を行い、GUI単体での能動的制御試験を目指す。

年度明け以降 :・ 現地(ラパルマ島)にてCMOSカメラのセットアップを終了させ、分割鏡のインストールを業者と共同で行う。
・ AMC電源ボックス内の設定を構造体へのインストール前に行う。
・ 各種AMCデバイス用ケーブルの配線を行う。
・ 焦点面カメラ取り付け後、システムの動作確認を試験する。
15

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