CTA 報告115 :CTA大口径望遠鏡用Active Mirror Control
システムのソフトウェア開発
深見哲志A 野田浩司B，林田将明A，稲田知大A, 奥村曉C，加賀谷美佳D，片桐秀明D,黒田隼人A，齋藤隆之E，重中茜D, 千川道幸F，手嶋政廣A,B, 中嶋大輔A，本橋大輔D,山本常夏G，吉田龍生D，他CTA-Japan consortium
東大宇宙線研A, Max-Planck-Inst. fuer Phys.B，名大ISEEC，茨城大理D，京大理E、近畿大理工F，甲南大理工G

2016/9/22 秋季物理学会@宮崎大学

CTA大口径望遠鏡の光学系特性
望遠鏡全体. 放物面鏡（ 分割鏡約200枚で構成）. 口径 : 23 m
. 焦点距離 : 28 m
. 20秒で180 回転可能
28 m

分割鏡.
.
.
.
.

球面鏡
対辺距離 : 1.5m

分割鏡約200枚
1.5 m
23 m

焦点距離 : 28m
重さ 47 kgスポットサイズ
16.7mm @ 28m( 焦点面カメラの1/3 pixel )2016/9/22 秋季物理学会@宮崎大学

AMC (Active Mirror Control) システム
方向制御の必要性
・

分割鏡に生じる方向の歪み (最大4分角程度)

焦点面イメージの変形

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

角度分解能の低下及びγ線の識別性能の低下-10.9 mm

~ 1m

天頂角 0

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

Baseline Design Document for LST, 20132016/9/22 秋季物理学会@宮崎大学

分割鏡方向補正過程
検出器

レーザースポット

光軸

焦点面⓪ 方向変化が非常に小さい望遠鏡中心から焦点面にレーザーを照射する① 各分割鏡が正しい方向を向く時、固定されたカメラで焦点面のレーザースポットを撮影する

分割鏡カメラCMOSカメラレーザー(DMK23GM021). 8 bit 、モノクロ. 1280 960 pixel
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② スポット位置を解析し、基準点とのずれを計算する

分割鏡方向補正過程③ 分割鏡を支えるアクチュエータの長さを調整することでスポットの位置を元に戻す
現在の位置
基準点

分割鏡 200枚

光軸
光軸

アクチュエータ

...
方向制御
レーザー
レーザー

カメラの焦点面画像. 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)

200枚

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AMCシステム制御PC

AMC high level control

分割鏡200枚の制御に使用するPCの台数
・ 1枚に対して1台コスト面の問題

・ 200枚に対して1台全分割鏡の制御に時間を要する制御

制御

分割鏡 ~13枚

分割鏡 ~13枚••
無線通信(アクチュエータ-PC間)が困難••

ケーブリングが煩雑

local PC

local PC•••••••

1台のPCが13枚の分割鏡を制御する

AMC PC : Intel NUC5i3MYHE (予定)
200枚の分割鏡(◯印)と制御PC(☆印)の配置の一例

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AMCシステムの通信規格
OPC UA(Uniﬁed Architecture) : 様々な開発環境に互換性のある通信規格
・ 非常に普及した通信標準OPCのプラットフォーム非依存版
・ 個々に開発されたデバイスを統一の通信規格で制御

CTAのスタンダード

ACTL(Array Control)
AMC part
OPCUA client

OPCUA

OPCUA server & client

AMC master PC
OPCUA server

drive

...

OPCUA

AMC PC
デバッグ用
cameraethernet
13 CMOS cameras

...

~16
: 完成部分plugin libraries

library

Camera Control

control

デバッグ用
actuator

library

library...

: 今回の開発部分

ソフトウェア開発の現状 :wireless

外部PC上のgeneric clientから(IEEE 802.15.4)

アクチュエータ、CMOSカメラを

26 actuators

OPCUA経由で動作可能
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CTA全体のソフトウェア構造
・ ACTL (Array Control) : CTA全体のソフトウェアを統括を担当
・ CTA内の一担当グループがOPCUAの開発、バージョン管理

CTA全体のサーバの統一、ライセンス管理の簡易化

OPCUA

LST AMCI. Oya et al., CTA ACTL Architecture, SPIE 2016, Edimburg

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ソフトウェア開発試験
・ 今回の目的OPCUA経由でアクチュエータ、CMOSカメラを動作させる
解決すべき難点 : OPCUAライブラリ(C++)とシリアル、CMOS関数(C)の並列使用
各デバイスを記述するxmlファイルの作成、改善・ 試験装置OPCUA server : MOSver4.0.5 (CTAフランスグループが開発) on Intel NUC5i3MYHEOPCUA client : Prosys OPC UA Client (フリー) on macbook pro
試験1 : 3つのAMC用ライブラリの作成とclientからの読み出し
OPCUA client・ control : AMC制御ライブラリ

mac book pro

・ camera, actuator :各デバイス動作用ライブラリOPCUA server（clientからはデバッグ時のみ操作）Intel NUC5i3MYHE
結果 :デバッグモード

デバッグモード・ clientからcontrolを通した

cameracontrol

actuator

各ライブラリの動作に成功

library

library

library

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ソフトウェア開発試験
試験2 : アクチュエータ、CMOSカメラのclientからの動作
結果 : アクチュエータの長さ調整やCMOSカメラ画像取得をclient画面から行うことに成功

アクチュエータ

位置の値の応答位置確認に対応したアイテムOPCUA client (Prosys OPC UA Client) 操作画面
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まとめと今後
・ CTA大口径望遠鏡AMCシステムはCTAの実現する高感度、高分解能のガンマ線観測に必要不可欠な分割鏡制御システムであり、CMOSカメラ、アクチュエータを動作させるローレベルの制御コードは完成している。
・ AMCシステム用PC1台によって13枚の分割鏡が制御される。その際CTAの標準通信規格であるOPCUAを通して外部PCから制御される。
・ 現在外部PCからのAMC制御コードを開発しており、generic clientを用いてライブラリの呼び出しやアクチュエータ、CMOSカメラの動作確認に成功している。
・ 今後は分割鏡方向補正試験をclientから行うことを可能にし、また自作GUIを開発し知識のないユーザーでも制御できるよう操作を容易にする。

2016/9/22 秋季物理学会@宮崎大学