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惑星モニター観測用MCAOの�波面センサの広視野化・高速化計画

渡邉誠（岡山理科大学）

第15回補償光学研究開発のための情報交換会

(2021年4月10日, オンライン開催)

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ピリカ望遠鏡用惑星AOの構成

補償光学系の目標　（惑星大気の気象学的な研究のため）

　可視光0.5 μmより長波長側で、木星視直径程度の視野（50 秒角）に渡り、

　 0.4 秒角程度の分解能でモニター観測可能なシステムの構築

波面測定（面光源用波面センサ）

惑星自身を、波面参照光源とする。
木星、土星などの縞模様を使った�Correlation Trackingを行う。

波面補正（多層共役(MCAO)化）

惑星像面の複数点を参照に波面測定�（複数の波面センサ）。
共役高度の異なる複数の可変形鏡によって�補正することで補正視野を広げる。

観測装置

可視光マルチスペクトル撮像装置MSI

（ESOの図を改変）

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惑星用ＡＯの主な仕様

サイエンスパス視野	60 x 60 秒角
使用波長範囲	0.36-1.1μm
可変形鏡	140素子MEMS型（BMC Multi-3.5） 2台
共役高度	地表層、高度2.6km
波面センサ	11x11素子シャックハルトマンセンサ x 4台
波面センサ視野	18 x 18 秒角
ループ速度	200Hz
設置場所	ピリカ望遠鏡ナスミス焦点
サイズ	幅650 x 奥行425 x 高さ277mm

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波面センサの広視野化・高速化

波面センサの視野を3倍広く� 18秒角 → 54秒角（＞木星最大視直径50秒角）
波面センサ（制御ループ）を約3倍高速化� 200 fps → 500-600 fps (～Greenwood周波数560Hz@0.55μm)
波面センサを低ノイズ化（カメラ交換）� 読み出しノイズ： 22e^- rms → 2e^- rms
光学スループットを改善（アルミコートを銀コートへ）� 装置スループット（光学＋量子効率）　2.8%→ 11% （4倍）

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現在の光学系レイアウト

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現在の波面センサ

MSI視野

(56x56秒角)

WFS1

WFS2

WFS3

WFS4

サイエンスパス視野（60ｘ60秒角）

WFS視野

(18x18秒角)

位置調節可

ケラレ領域（幅1-4秒角

　　　中央12.5x12.5秒角）

ピラミッド型プリズム

にて、視野を4分割

リレーレンズ

XY軸自動ステージ

視野絞り

カメラ

コリメータ

平均的な�木星サイズ�（47秒角）

波面センサ１台で�全視野をカバー

できるように改良

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広視野高速波面センサの仕様

方式	Shack-Hartmannセンサ
素子数	11 ｘ 11素子
マイクロレンズアレイ	APO-Q-P605-R4.3 （aμs）
レンズアレイピッチ	605 μm
視野サイズ	54 x 54 秒角 (108 x 108 pixel)
カメラ	浜松ホトニクス C14120-20P
ピクセルスケール	0.50秒角/pixel
読み出し画素数	1212 x 1280 pixel
フレームレート	500 Hz

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広視野高速波面センサ用検出器

浜松ホトニクス　C14120-20P

センサータイプ	ｓCMOS　（LTN4625A ?）
有効画素数	4608 x 2592
ピクセルサイズ	5.5 x 5.5 μm
冷却方式	空冷（ペルチェ空冷＋強制空冷）／水冷
冷却温度	20℃
暗電流	15 e^-/s
飽和電荷量	1000 e^-　（標準飽和電荷量モード）
読み出しノイズ	2.0 e^- RMS （標準飽和電荷量モード）
読み出し方式	ローリングシャッタ方式（4ライン同時並列）
A/D分解能	12 bit （標準飽和電荷量モード）
インターフェース	CoaXPress-6 x 4 lane

価格 300万円（本体）＋65万円（画像入力ボード）

（浜松ホトニクス　HPより）

問題点

Windows版のSDK�しか提供されない

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検出器の前にウィンドウ＋カバーガラス

（ウインドウ入射面から受光面までの光学距離 7.8mm）

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C14120-20P 量子効率

平均波長＝約 620 nm，有効幅＝約 400 nm

ウインドウ込み

（浜松ホトニクス　HPより）

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C14120-20P フレームレート

C14120-20P　Technical note (2019)より

利用予定の1212 x 1280 pixel では 516.7 frames/s

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新レンズレットアレイ

ビーム径 6.66 mm

焦点距離 9.42mm

バックフォーカス 8.53mm

（カメラのカバーガラス入射面から受光面までの光学距離 7.8mm）

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新軸外し放物面鏡

2個

4個

保護膜付き銀コートのガラス鏡へ交換（2種，計6個）

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スループット見積

	現在	改善後
保護膜付き銀コート鏡面（0.98/面）	0.851 （8面）	0.769 （13面）
アルミコート鏡面（0.85/面）	0.167 （11面）	0.522 （4面）
BS 50%反射	0.50	0.50
レンズ透過（AR有 0.9875/面）	0.927 （6面）	0.975 (2面)
レンズレット透過	0.922 （AR無2面）	0.970 （AR有2面）
カメラ量子効率	0.466	0.59
装置合計	0.028	0.112

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0.5 μm

0.8 μm

FWHM

Strehl Ratio

50% Encircled�Energy Diameter

1.1 μm

現在

（シミュレーション）

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