| 研究課題/領域番号 |
18H03719
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
長田 哲也 京都大学, 理学研究科, 教授 (80208016)
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| 研究分担者 |
松谷 晃宏 東京工業大学, オープンファシリティセンター, 主任技術専門員 (40397047)
入部 正継 大阪電気通信大学, 工学部, 教授 (60469228)
山本 広大 京都大学, 理学研究科, 研究員 (70738319)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 赤外線天文学 / 太陽系外惑星探査 / 直接撮像観測 / 装置開発 / 極限補償光学 / FPGAによる多入出力で高速な制御 / 光学的波面形状の直接計測 |
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は、せいめい望遠鏡へ搭載する太陽系外惑星撮像用の高コントラスト装置を開発し、それを用いた観測をすること、およびこれを実現するためのあらたな技術を開発することである。本年度では前年度に引き続きこのうち装置開発と技術開発を行った。
装置開発として1)望遠鏡搭載用の実機光学系の設計と製作、2)温調チャンバーの試験を行い、技術開発として2)FPGA制御装置と4)点回折干渉計型波面センサの開発を行った。
1)望遠鏡の天体追尾によって回転する星像を復元する光学系の設計と製作、および大気による星像のふらつきを解消する光学系をせいめい望遠鏡へと搭載し、実際の天体で性能評価試験を行った。その他、望遠鏡に搭載される光学系の設計を進めた。2)波面センサとコロナグラフ装置の間の非共通光路で生じる測定エラーを低減させるため、観測中の温度環境を安定化させる温調チャンバーの試験を行った。3)本観測装置では、コントラスト性能を満たすために、492x2chの波面情報から492素子のアクチュエータへの司令値を5-10kHzのループ速度で計算しなければならない。従来のCPUでは信号処理に約300μ秒かかり、ループ速度の上限が3kHzとなっていたのを、本研究ではFPGA装置を用いる事で90kHzのループまで対応出来ることを確認している。この装置の制御試験を行った。さらにこの装置を後述の新規波面センサでも動作出来るよう、新規の制御アルゴリズムの開発を行った。4)従来よりも高速、高精度な波面計測が必要で、これを実現するための新方式の波面センサの開発を行った。
1)および2)、4)に関しては当初計画通りの開発が進められた。3)に関しては概ね目的の設計が完了出来た。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本研究では装置開発として1)望遠鏡搭載用の実機光学系の設計製作と試験、2)温調チャンバーの性能試験を行い、技術開発として3)FPGA制御装置と4)点回折干渉計型波面センサの開発を行い、ほぼ順調に進めている。
1)光学系設計では望遠鏡の天体追尾中に回転する星像を復元する光学系の設計と製作と、大気による星像のふらつきを解消する光学系の試験を行った。特に後者では、せいめい望遠鏡に搭載し実際の天体を導入してのオンスカイ試験を行い、目標の性能を満たしていることが確認出来た。また、実機の光学系の設計、製作を進めたが、まだ必要なすべての光学系の設計、製作は完了していない。
2)前年度せいめい望遠鏡へと搭載した温調チャンバーの性能試験を行い、年間を通して密閉された温度環境の維持が出来ることが確認出来た。
3)前年度までに開発した試験設計のFPGAを実験用の光学系へ搭載し、最適なパラメータ探査やせいめい望遠鏡の設置されている岡山上空の大気を模擬した実験室上の環境で制御試験を行った。コロナ禍の情勢と半導体不足のため当初のパラメータ探査は完遂出来なかったが、システムの動作を確認し、性能を当初目的のものへ近づけることが出来た。また、後述する新規波面センサと接続するためのアルゴリズムの設計を行った。
4)前年度に引き続き、新方式の光学素子を用いた新しい波面センサの開発、性能評価試験を行った。光学素子の製造パラメータの決定が出来、当初想定した性能の光学素子が製作出来た。この光学素子を実機の光学系へと組み込み、波面計測の試験を行った。これにより目標の性能を満たすことが確認出来た。
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| 今後の研究の推進方策 |
次年度も引き続き装置開発と技術開発を行い、その後の望遠鏡搭載、そして観測を目指して研究を推進していく。具体的には光学系の設計を完了させ、それぞれ性能評価を行っていた補償光学系を組み合わせ、極限補償光学系としての制御試験を行う。
光学系の製作と制御装置の開発が遅れているが、新方式の波面センサ、惑星撮像のための装置に関しては順調に開発が進んでいるため、上記スケジュールは実現可能と思われる。FPGA制御装置の新方式波面センサ用のアルゴリズム開発が完了出来なかった場合、これまで試験で用いてきたすでに制御系への組み込み実績のあるシャックハルトマン型波面センサを組み込んで補償光学装置の開発を進める予定である。その場合は当初想定していた性能が満たされなかったため、長時間露光や低速用の高コントラスト装置を組み込むことで低温度な伴星や原始惑星系円盤など星周構造の観測を行いたい。
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