CTA大口径望遠鏡アクティブ・ミラー制御（AMC）システムの開発

2013 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25287063
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 研究機関: 近畿大学
• 研究代表者: 千川 道幸 近畿大学, 理工学部, 教授 (50179941)
• 研究分担者: 吉田 龍生 茨城大学, 理学部, 教授 (60241741) ; 奥村 曉 名古屋大学, 太陽地球環境研究所, 助教 (90645011) ; 山本 常夏 甲南大学, 理工学部, 准教授 (40454722) ; 林田 将明 東京大学, 宇宙線研究所, 助教 (60705177)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: CTAプロジェクト / 高エネルギーガンマ線 / チェレンコフ望遠鏡 / 大口径望遠鏡LST / アクチュエータ / AMCシステム

研究概要

日本はCTA-Japanを組織し，ドイツマックスプランク物理学研究所を中心とするヨーロッパのCTAグループと共同で23ｍ大口径望遠鏡（LST）プロトタイプを建設し，CTA建設への第一歩を踏み出す開発研究を進めている。特にCTA-Japanでは大口径望遠鏡の分割鏡の製作も担当しており，観測時の現象を記録する精度を高める為に個々の分割鏡を全て最適な状態にする為の制御を能動的に行うアクティブ・ミラー制御システム（AMC）の開発を行うことを目的とする。実施計画を次のように設定した。Linux PCによりアクティブ・ミラー制御システム（AMC）を開発し，耐久性をも含めた総合的に評価できるロバストなシステムの基礎を構築する。アクチュエータはZurich大学から1セットあたり850Euro（約10万円）の価格で購入できるめどがついたので，大口径望遠鏡を構成する約200枚の分割鏡の光軸方向を補正するアクティブ・ミラー制御に必要なアクチュエータの一部として複数セットを購入し，制御システムの開発を行う。即ち，
(1) PCによるアクチュエータの制御部分の開発研究を優先して行い，速やかなAMCシステムの年度内の構築を目指す
(2) IRレーザビームを用いた光軸の歪みによるずれの補正を行う技術開発を高い優先順位で年度内の構築を目指す
ことを平成２５年度の開発と位置づけてR＆Dを行って来た。１については各分割鏡の方向制御を行うための独立した固定点，一軸自由と二軸自由のアクチュエータのセットでのLinux PC，XBee無線制御モジュールによるC言語を用いたRS-232Cプロトコルでのコマンド制御に関する知見を蓄積しつつあり，２についてはIRレーザ並びにCMOSカメラを付加したシステムを構築しながら，１との連関動作の試験動作を含めてハードウェア及びソフトウェアを開発中である。

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

以下の２点，
(1) PCによるアクチュエータの制御部分の開発研究を優先して行い，速やかなAMCシステムの年度内の構築を目指す，及び
(2) IRレーザビームを用いた光軸の歪みによるずれの補正を行う技術開発を高い優先順位で年度内の構築を目指すこと
を平成25年度の開発と位置づけてR＆Dを行って来ている。項目1，2共に連関動作の試験動作を含めてハードウェア及びソフトウェアを開発中である。

今後の研究の推進方策

上に記載したように分割鏡１枚あたりの向きを制御するためのアクチュエータの動作試験はおおむね予定通りに開発が進んでいるので，複数台の分割鏡の同時制御に於けるタイミングや制御速度の最適化などのR＆Dを推進する。
今年度予算にてAMCシステムで用いる仕様に従ったLST用アクチュエータと内蔵制御基盤(PCB)，XBee無線制御モジュール等の購入が進んでいるので，複数台の実機での試験動作を確立する予定である。

次年度の研究費の使用計画

LST用アクチュエータを構成するモータや内蔵制御基盤，XBee無線制御モジュールの企業による仕様変更が年度途中で行われたため，一部の部品の購入が予定通り進まなかったために，次年度使用額が生じた。
R＆Dを行うセットについては仕様通りの製品を用いて行っており，次年度には仕様に従った製品を必要な数量購入してAMCシステムの構築に向けたR＆Dを推進する。
新年度に入り次第，R＆Dを行うセットについては仕様通りの製品を用いて行っているので，次年度には仕様に従った製品を必要な数量購入してAMCシステムの構築に向けたR＆Dを推進する。

研究成果

• [雑誌論文] Introducing the CTA concept (2013)
  • 著者名/発表者名: B.S.Acharya, M.Chikawa, M.Hayashida, T.Yamamoto, T.Yoshida, A.Okumura, M. Tehima, A. Nozato, A. Vollhardt, M. Actis, T. Aghajani, J. Aguilar, F. Aharonian, M. Ajello, A. Akh@erjanian, M. Aliboerre, J. Aleksic, R. Alfaro, E. Ali, A.J. Allafort, et al.
  • 雑誌名: Astroparticle Physics 巻: 43 ページ: 3-18
  • DOI: dx.doi.org/10.1016/j.astropartphys.2013.01.007
  • 査読あり
• [学会発表] CTA報告58:全体報告
  • 著者名/発表者名: 手嶋政廣，千川道幸，山本常夏，林田将明，吉田龍生，奥村曉，窪秀利，戸谷友則，浅野勝晃，井岡邦仁，井川大地，石尾一馬，井上進，井上芳幸，猪目祐介，上野遥，内山泰伸 ，大石理子，大岡秀行，大竹峻平，他CTA-Japan consortium
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 徳島大学（徳島県）
• [学会発表] CTA報告60:大口径望遠鏡カメラの光検出器の開発
  • 著者名/発表者名: 永吉勤，千川道幸，山本常夏，林田将明，吉田龍生，奥村曉，猪目祐介，上野遥，大岡秀行，荻野桃子，折戸玲子，片桐秀明，櫛田淳子，窪秀利，郡司修一，小山志勇，佐々木浩人，澤田真理，高橋光成，田中駿也，手嶋政廣，辻本晋平，坪根善雄，寺田幸功，中嶋大輔，西嶋恭司，花畑義隆，林田将明，馬場彩，山本常夏 ，他CTA-Japan consortium
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 徳島大学（徳島県）
• [学会発表] CTA報告61 ：CTA大口径望遠鏡読み出し回路の開発
  • 著者名/発表者名: 土屋優悟，千川道幸，山本常夏，林田将明，吉田龍生，奥村曉，猪目祐介，大岡秀行，折戸玲子，岸本哲朗，窪秀利，郡司修一，今野裕介，鈴木ちひろ，手嶋政廣，中森健之，畑中謙一郎，増田周，他CTA-Japan consortium
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 徳島大学（徳島県）
• [学会発表] CTA報告62:CTA大口径望遠鏡用ライトガイドの試作機性能評価及び大量生産に向けた開発
  • 著者名/発表者名: 田中駿也，千川道幸，山本常夏，林田将明，吉田龍生，奥村曉，大岡秀行，加賀谷美佳，片桐秀明，齋藤浩二，中嶋大輔，野里明香，野田浩司，花畑義隆，馬場浩則，柳田昭平，他CTA-Japan consortium
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 徳島大学（徳島県）
• [学会発表] CTA報告 63 ：CTA大口径望遠鏡用分割の形状測定システムPMD法の開発
  • 著者名/発表者名: 馬場浩則，手嶋政廣，中嶋大輔，林田将明，花畑義隆，吉田龍生，齋藤浩二，佐々木浩人，奥村曉，加賀谷美佳，片桐秀明，田中駿也，千川道幸，野里明香，野田浩司，柳田昭平，山本常夏，他CTA-Japan consortium
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 徳島大学（徳島県）
• [学会発表] CTA報告64:CTA大口径望遠鏡用AMCのアクチュエータ制御開発
  • 著者名/発表者名: 野里明香，千川道幸，奥村曉，加賀谷美佳，片桐秀明，齋藤浩二，田中駿也，手嶋政廣，中嶋大輔，野田浩司，林田将明，馬場浩則，花畑義隆，柳田昭平，山本常夏，吉田龍生，他CTA-Japan consortium
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 徳島大学（徳島県）
• [学会発表] CTA 報告65:CTA 大口径望遠鏡の光学系調整と光学性能
  • 著者名/発表者名: 野田浩司，手嶋政廣，奥村曉，加賀谷美佳，片桐秀明，齋藤浩二，田中駿也，千川道幸，中嶋大輔，野里明香，花畑義隆，馬場浩則，林田将明，柳田昭平，山本常夏，吉田龍生，他CTA-Japan consortium
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 徳島大学（徳島県）
• [学会発表] CTA 大口径望遠鏡カメラ開発(2)
  • 著者名/発表者名: 山本常夏，猪目祐介，千川道幸，佐々木浩人，大岡秀行，荻野桃子，手嶋政廣，高橋光成，中島大輔，花畑義隆，林田将明，上野遥，小山志勇，寺田幸功，永吉勤，折戸玲子，片桐秀明，田中駿也，櫛田淳子，辻本晋平，西嶋恭司，窪秀利，郡司修一，澤田真理，坪根義雄，馬場彩，他CTA-Japan consortium
  • 学会等名: 日本天文学会
  • 発表場所: 東北大学（宮城県）
• [学会発表] CTA 大口径望遠鏡の分割鏡の開発(5)
  • 著者名/発表者名: 林田将明，手嶋政廣，中嶋大輔，斎藤浩二，花畑義隆，加賀谷美佳，片桐秀明，田中駿也，馬場浩則，柳田昭平，吉田龍生，千川道幸，野里明香，山本常夏，奥村曉，野田浩司，山本常夏，他CTA-Japan consortium
  • 学会等名: 日本天文学会
  • 発表場所: 東北大学（宮城県）
• [学会発表] CTA 大口径望遠鏡読み出し回路の開発(5)
  • 著者名/発表者名: 増田周，千川道幸，山本常夏，林田将明，吉田龍生，奥村曉，増田周，岸本哲朗，窪秀利，今野裕介，齋藤隆之，土屋優悟，畑中謙一郎（京都大），大岡秀行，手嶋政廣，上野遥，小山志勇，寺田幸功，永吉勤，片桐秀明，折戸玲子，郡司修一，鈴木ちひろ，中森健之，田中真伸，他CTA-Japan consortium
  • 学会等名: 日本天文学会
  • 発表場所: 東北大学（宮城県）
• [学会発表] R&D of AMC System for the LST
  • 著者名/発表者名: 野里明香，千川道幸，山本常夏，林田将明，吉田龍生，奥村曉，小島拓実，奥村曉，加賀谷美佳，片桐秀明，齋藤浩二，田中駿也，手嶋政廣，中嶋大輔，野田浩司，林田将明，馬場浩則，花畑義隆，柳田昭平，他CTA-Japan consortium
  • 学会等名: 国際宇宙ガンマ線天文台（CTA）大口径望遠鏡（LST）ワークショップ
  • 発表場所: 東京大学宇宙線研究所（千葉県）
• [学会発表] Measurement of Mirror Surface for LST Mirror in Japan
  • 著者名/発表者名: 馬場浩則，千川道幸，山本常夏，林田将明，吉田龍生，奥村曉，手嶋政廣，野里明香，小島拓実，加賀谷美佳，片桐秀明，齋藤浩二，田中駿也，中嶋大輔，野田浩司，花畑義隆，柳田昭平，他CTA-Japan consortium
  • 学会等名: 国際宇宙ガンマ線天文台（CTA）大口径望遠鏡（LST）ワークショップ
  • 発表場所: 東京大学宇宙線研究所（千葉県）
• [学会発表] スターバースト銀河
  • 著者名/発表者名: 林田将明，千川道幸，山本常夏，林田将明，吉田龍生，奥村曉，野里明香，小島拓実，加賀谷美佳，片桐秀明，齋藤浩二，田中駿也，手嶋政廣，中嶋大輔，野田浩司，馬場浩則，花畑義隆，柳田昭平，他CTA-Japan consortium
  • 学会等名: 国際宇宙ガンマ線天文台（CTA）大口径望遠鏡（LST）ワークショップ
  • 発表場所: 東京大学宇宙線研究所（千葉県）
• [学会発表] Development of the LST
  • 著者名/発表者名: 林田将明，千川道幸，山本常夏，林田将明，吉田龍生，奥村曉，野里明香，小島拓実，加賀谷美佳，片桐秀明，齋藤浩二，田中駿也，手嶋政廣，中嶋大輔，野田浩司，馬場浩則，花畑義隆，柳田昭平，他CTA-Japan consortium
  • 学会等名: 国際宇宙ガンマ線天文台（CTA）大口径望遠鏡（LST）ワークショップ
  • 発表場所: 東京大学宇宙線研究所（千葉県）
• [学会発表] CTA 報告71: CTA大口径望遠鏡用ライトガイドの試作機性能評価及び形状最適化に向けた研究
  • 著者名/発表者名: 田中駿也，千川道幸，野田浩司，手嶋政廣，小島拓実，奥村曉，加賀谷美佳，片桐秀明，齋藤浩二，中嶋大輔，野里明香，花畑義隆，馬場浩則，林田将明，柳田昭平，他CTA-Japan consortium
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 東海大学湘南キャンパス（神奈川県）
• [学会発表] CTA 報告72: CTA大口径望遠鏡の分割鏡の性能評価
  • 著者名/発表者名: 田中駿也，千川道幸，野田浩司，手嶋政廣，小島拓実，奥村曉，加賀谷美佳，片桐秀明，齋藤浩二，中嶋大輔，野里明香，花畑義隆，馬場浩則，林田将明，柳田昭平，山本常夏，吉田龍生，他CTA-Japan consortium
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 東海大学湘南キャンパス（神奈川県）
• [学会発表] CTA 報告73: CTA大口径望遠鏡に用いる分割鏡制御システムの開発
  • 著者名/発表者名: 小島拓実，千川道幸，小島拓実，田中駿也，野田浩司，手嶋政廣，奥村曉，加賀谷美佳，片桐秀明，齋藤浩二，中嶋大輔，野里明香，花畑義隆，馬場浩則，林田将明，柳田昭平，山本常夏，吉田龍生，他CTA-Japan consortium
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 東海大学湘南キャンパス（神奈川県）
• [学会発表] CTA 報告74: CTA大口径望遠鏡における光学系調整のための分割鏡支持構造設計
  • 著者名/発表者名: 花畑義隆，千川道幸，田中駿也，野田浩司，手嶋政廣，小島拓実，奥村曉，加賀谷美佳，片桐秀明，齋藤浩二，中嶋大輔，野里明香，馬場浩則，林田将明，柳田昭平，山本常夏，吉田龍生，他CTA-Japan consortium
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 東海大学湘南キャンパス（神奈川県）