TMT 次世代装置の提案
TMT-AGE:TMTAGE:
TMT Analyzer for Galaxies in the Early universe
超広視野多天体補償光学系の要素開発
http://www.astr.tohoku.ac.jp/~akiyama/index̲Res̲TMTinst.html

秋山 正幸
幸（東北大学）2013/12/17
第3回 可視赤外線観測装置技術ワークショップ

8.2m すばる望遠鏡から 30m 望遠鏡 TMT へ

16 倍の集光力、4 倍の空間分解能、倍の空間分解能
背景光限界では 16 倍暗い点源を検出できる。
(明日の高見講演参照)

TMT-AGE : メンバー
1.

東北大学補償光学系グループ
性能シミュレーション、要素技術開発、RAVEN開発への参加
秋山

2.

正幸、大野良人 (D1)、増田貴大 (M2)

すばる望遠鏡補償光学系グループ
システム検討、光学系基礎設計、RAVEN開発への参加
大屋3.

真、早野裕、尾崎東北大学光 MEMS グル
グループ
プ
MEMS 可変形鏡の開発羽根一博
博、呉呉同 (PD1)

忍夫、岩田生、高見英樹

TMT-AGE : 科学目標
多数 銀多数の銀河を補償光学で同時に観測する
補 光学
時 観測

重力レンズを用いて有効的に 100pc (2040mas) の分解能で z=3 銀河を観測した例(Stark et al. 2008 Nature, 455, 755) 。この空間分解能を達成することで遠方の銀河が回転している様子が始めて確実に捉えられた。

TMT-AGE: 多天体補償光学系

TMT-AGE: 点像関数シミュレーション
0”
60”
120”
TMT 多天体補償光学系の場合

180”

240”

300”

K バンド
H バンド
バ ド
J バンド
バ ド
TMT 初期補償光学系：多層共役補償光学系の場合

K バンド
H バンド
J バンド

TMT-AGE : 装置仕様概略

波長

視野と補償性能

空間サンプリング08 240.8-2.4um
直径 5 分角で高い補償性能
回折限界~回折限界直径10分角で低い補償性能~ 地表層補償光学系
0.05x0.05秒角、2.2秒角視野0.2x0.2 秒角

分光器の数20台の IFU

波長分解能

~3000

TMT-IRMOSTMTIRMOS では
直径 5 分角~2000 空間素子数
天体の密度

これらの値は現状での目安であり、科学目標に基づいて技術的に可能な仕様を設定することが現在の可能性検討の目的である。

TMT-AGE: 要素技術開発
2015年度までの光学系・機械系検討および要素開発でTMTへ向けた装置提案として概念設計に至ることを計画している。
現在進めている開発 検討は以下の通りである
現在進めている開発、検討は以下の通りである。
1.

多天体補償光学系のシミュレーションによる性能評価 (大野発表参照)

2.

光学系・機械系の概念設計に基づくシステム検討

33.

並列計算機による高速トモグラフィック波面推定の実証

4.

多天体補償光学系の実験室実証

55.

多天体補償光学系 RAVEN による on-sky
k 実証試験

6.

補償光学系のオープンループ制御7.

EM-CCD を用いた波面センサーの評価

8.

小型多素子大ストローク可変形鏡の開発

2: 光学系の概念設計：広視野前置共通補償光学系
オプトクラフト社による光学系検討結果。視野直径 5 分角の場合の解。
改良オフナー系の副鏡を可変形鏡にして、視野内に共通の成分 (~地表層成分) を除くことを考えている。

2: 光学系の概念設計: 個別の天体に対する補償光学系
個別の天体に最適化した補償を行う補償光学系の模式図
個別の天体に最適化した補償を行う補償光学系の模式図。

ピックオフアームの構造の例
ピックオフアムの構造の例VLT の KMOS という装置で使われているピックオフアーム。補償光学系は組み込まれていない。
光学系は組み込まれていない

5: RAVEN: すばる望遠鏡を用いたMOAOの実証試験観測
ビクトリア大学においてすばる望遠鏡での MOAO の実証試験機 RAVEN の開発が進められている (PI: Colin Bradley)。すでにすばる望遠鏡への輸送が手配され、2014年5月に実際にすばる望遠鏡での試験観測を行う予定。
大学院生(大野)を1年にわたって派遣予定。
DMAcquisition
cameraCLWFS
To IRCS
CL-WFS

OLWFS
Sciencepickoff
OAE
OLWFS

Room forCU
OLWFS
Beamfrom thetelescopeDM

From Dave Andersen
Roomfor
LGS11
WFS

5: RAVEN: すばる望遠鏡を用いたMOAOの実証試験観測
Open-loop wavefront sensor design

From Colin Bradley5: RAVEN: すばる望遠鏡を用いたMOAOの実証試験観測
焦点面の疑似光源をオープンループの波面センサーにピックアップして焦点面の疑似光源をオプンル プの波面センサ にピ クア プしている様子を示す。

From Colin Bradley

3: GPGPUによる高速トモグラフィック波面推定の実証
TMT の補償光学系においては補償に必要な素子数の増大によりリアルタイム制御のための計算量が膨大となり、十分に短い時間での計算を実現することは初期補償光学系
NFIRAOS においてすら 1 つの開発課題となっている。
多天体補償光学系においては特にそれぞれのターゲットに対して最適化した計算を行う
多天体補償光学系においては特にそれぞれのタゲットに対して最適化した計算を行う必要があり、制御計算機を出来るだけ安価に実現したい。
そこで近年著しく性能向上しているグラフィックボードを用いた汎用並列計算 (GPGPU)
を用いて•多素子波面センサーの波面測定の高速計算•

トモグラフィ 波面推定の高速計算
トモグラフィー波面推定の高速計算を行い、十分に高速な波面推定、補償が行えることを実証する。

計算に使用した GPGPUボGPGPUボードド• 左：Nvidia Tesla C2070• 右：Nvidia GeForce GTX Titan

3: GPGPUによる高速トモグラフィック波面推定の実証
シャックハルトマン波⾯センサ のシミュレ ション画像を⽤いて GPGPU での波⾯測定
シャックハルトマン波⾯センサーのシミュレーション画像を⽤いてにかかる時間を評価した。
60x60 素⼦ (15pix sampling) のシャックハルトマン型波⾯センサーのデータ処理にかかる時間は画像デ タの転送時間も含めて 0.3-0.4
かる時間は画像データの転送時間も含めて0 3 0 4 ms 程度で⼗分に⾼速なデータ程度で⼗分に⾼速なデ タ処理が⾏えている。画像データの転送時間の分 0.1ms 程度は現状のボードでも PC側のアップグレードで短縮が可能。

波面センサーのシミュレーション画像
左：r0= 0.156の条件でのレ
左：r00 156の条件でのレーザーガイド星波面センサー
ザ ガイド星波面センサ
右：r0=0.08 の条件での 自然ガイド星波面センサー

8: 小型 大ストローク多素子 MEMS 可変形鏡の開発•

4x4
44 素子の試作品の例。実際に駆動した結果を右側に示す。ストロー素子の試作品の例 実際に駆動した結果を右側に示す ストロ
ク 4um 程度を実現している。

Wu et al. 2013, J.Micromech.Microeng, 23, 125003

TMT-AGE : 課題
2. 光学系・機械系の概念設計に基づくシステム検討
個別天体についてのピックオフアーム
光学系のアライメントを保 た大型の駆動機構
光学系のアライメントを保った大型の駆動機構

TMT-AGE:

提案

3 並列計算機による高速トモグラフィック波面推定の実証
3.
GPGPU 計算機による高速制御
他にも応用可能なところがあれば