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南極サブミリ波望遠鏡搭載用超伝導1000画素カメラの開発

Research Project

Project/Area Number 13J01164
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Astronomy
Research InstitutionNational Astronomical Observatory of Japan (2014)
University of Tsukuba (2013)

Principal Investigator

新田 冬夢  国立天文台, 先端技術センター, 特別研究員(PD)

Project Period (FY) 2013-04-01 – 2015-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2014)
Budget Amount *help
¥2,530,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2014: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2013: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Keywords電波 / ミリ波サブミリ波 / 南極 / 超伝導検出器 / MKID / シリコン / 冷却光学系 / ビームパターン / 広野観測 / シリコンレンズアレイ / 反射防止膜
Outline of Annual Research Achievements

南極における遠方銀河や銀河団の観測から宇宙の構造形成史の理解を深めることを目的に、多画素超伝導カメラの開発を進めた。平成25年度までに、シリコンレンズアレイと平面アンテナを用いた光学系と力学インダクタンス検出器(MKID)を組み合わせたミリ波帯600画素MKIDカメラを開発した。レンズの直径は約1.6 mmと非常に小型となっており、レンズ表面の反射を防ぐ反射防止膜とともにエンドミルと超精密加工機を用いて加工した。これらの加工法や加工精度についてMitsui, Nitta et al., J. Astron. Telesc. Instrum. Syst., 1, 025001, 2015としてまとめた。
実際の観測では望遠鏡光学系とカメラを結合する必要があるため、誘電体レンズ2枚を用いた冷却光学系を開発した。誘電体レンズの材料としては高密度ポリエチレンなどがよく用いられるが、シリコンなどの高屈折率材料を用いることでレンズを薄くし熱容量を抑える設計とした。冷却光学系の開発ではカメラ焦点面への熱負荷を低減させるため、迷光対策が重要となる。そこで、迷光解析ソフトを用いて開発した迷光対策用バッフルの評価を行い、バッフル内に多段の反射板を配置することで迷光による熱負荷を0.2 μWまで抑えることに成功した。冷却光学系に関する成果はSekiguchi, Nitta et al., IEEE TST, 5, 49, 2015としてまとめた。
冷却光学系にMKIDカメラを配置して、カメラのビームパターン(検出器の空間感度分布)の測定を行った。結果、円対称なビームパターンを得ることができた。また、焦点面における3素子のビーム中心位置の評価も行い、幾何光学シミュレーションにおける設計値と一致することを確認した。これらの開発・評価を通し、ミリ波帯超伝導カメラのシステムとしての開発が進んだ。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2014 Annual Research Report
  • 2013 Annual Research Report
  • Research Products

    (10 results)

All 2015 2014 2013

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 2 results,  Acknowledgement Compliant: 2 results) Presentation (4 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Development of a Compact Cold Optics for Millimeter and Submillimeter Wave Observations2015

    • Author(s)
      Sekiguchi, S., Nitta, T., Karatsu, K., Sekimoto, Y., Okada, N., Tsuzuki, T., Kashima, S., Sekine, M., Okada, T., Shu, S., Naruse, M., Dominjon, A., Noguchi, T., Matsuo, H.
    • Journal Title

      IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology

      Volume: 5 Pages: 49-56

    • DOI

      10.1109/tthz.2014.2367245

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Design of wide-field Nasmyth optical system for a submillimeter camera2015

    • Author(s)
      Toshihiro Tsuzuki, Tom Nitta, Hiroaki Imada, Masumichi Seta, Naomasa Nakai, Shigeyuki Sekiguchi, Yutaro Sekimoto
    • Journal Title

      Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems

      Volume: 1 Issue: 2 Pages: 025002-025002

    • DOI

      10.1117/1.jatis.1.2.025002

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Fabrication of 721-pixel silicon lens array of a microwave kinetic inductance detector camera2015

    • Author(s)
      Mitsui, K., Nitta, T., Okada, N., Sekimoto, Y., Karatsu, K., Sekiguchi, S., Sekine, M., Noguchi, T.
    • Journal Title

      Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems

      Volume: 1 Issue: 2 Pages: 025001-025001

    • DOI

      10.1117/1.jatis.1.2.025001

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Anti-reflection Coating for Cry ogenic Silicon and Alumina Lenses in Millimeter-Wave Bands2014

    • Author(s)
      Nitta, T., Sekiguchi, S, , Sekimoto, Y.,Mitsui, K, Okada, N., Karatsu, K.,Naruse, M., Sekine, M., Matsuo, H.,Noguchi, T., Seta, M., Nakai, N.
    • Journal Title

      Journal of Low Temperature Physics

      Volume: (印刷中) Issue: 5-6 Pages: 1-1

    • DOI

      10.1007/s10909-013-1059-3

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Close-Packed Silicon Lens Antennas for Millimeter-Wave MKID Camera2013

    • Author(s)
      Nitta, T., Karatsu, K., Sekimoto, Y., Naruse, M., Sekine, M., Sekiguchi, S., Matsuo, H., Noguchi, T., Mitsui, K., Okada, N., Seta, M., Nakai, N.
    • Journal Title

      Journal of Low Temperature Physics

      Volume: Published online Issue: 5-6 Pages: 684-690

    • DOI

      10.1007/s10909-013-1028-x

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 野辺山 45m 電波望遠鏡搭載に向けた 220-GHz 帯超伝導カメラの開発2014

    • Author(s)
      新田冬夢, 関本裕太郎, 唐津謙一, 三ツ井健司, 岡田則夫, 野口卓, 松尾宏, 関口繁之, 関根正和, 岡田隆, Shibo Shu, 成瀬雅人, 今田大皓, 瀬田益道, 久野成夫, 中井直正
    • Organizer
      日本天文学会2014年秋季年会
    • Place of Presentation
      山形大学(山形県山形市)
    • Year and Date
      2014-09-11 – 2014-09-13
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 南極10mテラヘルツ望遠鏡搭載用850 GHz帯超伝導カメラの基本設計2014

    • Author(s)
      新田冬夢, 関本裕太郎, 都築俊宏, 唐津謙一, 三ツ井健司, 岡田則夫, 野口卓, 関口繁之, 関根正和, 岡田隆, Shibo Shu, 成瀬雅人, 今田大皓, 瀬田益道, 中井直正
    • Organizer
      日本天文学会2014年春季年会
    • Place of Presentation
      国際基督教大学(東京都三鷹市)
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Close-Packed Silicon-Lens Antennas for Millimeter-Wave MKID Camera2013

    • Author(s)
      Nitta, T., Sekimoto, Y., Karatsu, K., Naruse, M., Sekine, M., Sekiguchi, S., Matsuo, H., Noguchi, T., Mitsui, K., Okada, N., Seta, M., Nakai, N.
    • Organizer
      15th International Workshop on Low Temperature Detectors
    • Place of Presentation
      Pasadena Convention Center, Pasadena, California, United States
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Anti-Reflection (AR) Coating for Cryogenic Silicon and Alumina Lenses at Millimeter-Wave Bands2013

    • Author(s)
      Nitta, T., Sekiguchi, S., Sekimoto, Y., Mitsui, K., Okada, N., Karatsu, K., Naruse, M., Sekine, M., Matsuo, H., Noguchi, T., Seta, M., Nakai, N.
    • Organizer
      15th International Workshop on Low Temperature Detectors
    • Place of Presentation
      Pasadena Convention Center, Pasadena, California, United States
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] サブ波長構造素子2015

    • Inventor(s)
      新田 冬夢, 関本 裕太郎, 野田 一房
    • Industrial Property Rights Holder
      自然科学研究機構 国立天文台, 株式会社雄島試作研究所
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2015-036092
    • Filing Date
      2015-02-26
    • Related Report
      2014 Annual Research Report

URL: 

Published: 2014-01-29   Modified: 2024-03-26  

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