2021 Fiscal Year Research-status Report
分子上コンタミネーション薄膜形状がもたらす光学特性発現有無の解明
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21K04489
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| Research Institution | Japan Aerospace EXploration Agency |
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Principal Investigator |
土屋 佑太 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 研究開発部門, 主任 (80726919)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | コンタミネーション / CMOSセンサ / 透過率 / 反射率 / 散乱 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
宇宙の真空環境では、衛星に使用される接着剤などの材料内部からガスが発生し、発生したガスが衛星自身の温度が低い光学部品などに付着することで、光透過率等の光学特性が劣化する現象が知られている。本現象を分子状コンタミネーションと呼ぶ。本研究は分子状コンタミネーションの、特にその微細な形状がもたらす光学特性変化を解明し、衛星における光学性能の劣化予測・防止に貢献することが目的である。
分子状コンタミネーションがレンズ等に付着した時の形状は、均一な薄膜ではなく、粒状 (以下、ドロップレット形状) に付着することがある。ドロップレット形状は均一薄膜にはない散乱現象が生じることから、光学特性を劣化させることが報告されており、形状を正確に把握することが重要である。一方、真空低温下で発生する薄膜の形状を観察・計測する手法は限られており、また汚染現象であることから、高価な観測装置を用いることができないために、コンタミネーション薄膜形状を測定した例はわずかしかない。
そこで、2021年度は真空低温下で発生するコンタミネーション薄膜形状の変化を、CMOSセンサカメラにて観測する安価で繰り返し使用可能な新規手法により、薄膜形状をリアルタイムに把握することに成功した。また、同時に光透過率スペクトルも測定し、薄膜形状変化に伴い、光透過率が変化・劣化がしている事実を突き止めた。概要について以下に説明する。
宇宙機で使用される接着剤 (RTV-S691) を+125℃に加熱し、-50℃に冷却したSiO2ガラスに真空下で付着させた。付着後にSiO2ガラスを-50℃から昇温させると、-10℃に達した時に、ドロップレット形状に大きく変化し、それとともに光透過率の低下を確認した。またCMOSカメラセンサ素子による撮像画像から、ドロップレット形状の直径は最頻値で10um前後、被覆率が18.6%と求めることに成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2021年度は、安価かつ正確にコンタミネーション薄膜形状を測定可能なCMOSカメラセンサを用いた独自の観測手法を用いることで、低温真空下においてコンタミネーション薄膜のドロップレット形状測定に成功した。
真空チャンバ内で接着剤 (RTV-S691) を+125℃に加熱することでガスを発生させ、-50℃に冷却したSiO2ガラスに付着させた。付着後にSiO2ガラス温度を徐々に加熱し、-10℃に達したところで形状が大きくドロップレット形状に変化するとともに、光透過率スペクトルの低下が観測できた。これにより、ドロップレット形状に変化することで光透過率が低下することを関連づける結果が得られた。さらに得られた観測画像を画像処理することで、ドロップレット形状の大きさと、被覆率を求めることに成功した。コンタミネーション薄膜の形状と被覆率を正確に求めた例はなく、成果をまとめて学会にて発表した。また現在までに取得した結果についてまとめて論文投稿を検討している。
本年度は新型コロナ感染症による立ち入り制限等により、CMOSカメラセンサ撮像時の照明の最適な色や照度などについて検討することができなかった。現在は白色光による照明で、形状計測までできていることから、現在の照明設定でも問題ないと考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は新型コロナ感染症による立ち入り制限等により、CMOSカメラセンサ撮像時の照明の最適な色や照度などについて検討することができなかった。一方、実験期間も制約があり、コンタミネーション放出源の材料としてRTV-S691を使用した実験となった。新型コロナ感染症の状況は改善傾向にあり、立ち入り制限も緩和されてきていることから、2022年度は実験期間を確保できると考えられる。
また、コンタミネーション薄膜形状の密度を求めるために必要な、薄膜の高さ情報を得るための観測装置改良のための基本設計は完了しており、製作に移ることができる。
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| Causes of Carryover |
実験で使用する接着剤 (RTV-S691)を、他研究者が利用した廃棄物を最大限活用することで、今年度分は実験することができ、結果、70万円ほどの費用を節約できた。節約できた助成金は次年度以降、他の接着剤等の購入費に当て、追加の実験等を実施するために活用する。
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