東大アタカマ望遠鏡（ＴＡＯ） 光学系検討の現状報告 東大天文センター・木曽観測所 宮田 隆志 田中 培生 山室 智康 お話する内容 □どんな望遠鏡にするのか？ □パラメータの相互関係 □パラメータの選択 □設計の例 どんな望遠鏡にするのか？ □ 赤外線用の望遠鏡 □ 広視野の望遠鏡 □ シンプル・メンテナンスが少ない望遠鏡 どんな望遠鏡にするのか？ 赤外線用の望遠鏡 高地（５０００ｍ以上）という条件を最大限に生かす → （熱）赤外での性能重視 光学系という観点から ◎ 瞳を副鏡に置く ◎ 熱放射源を光路中に置かない ◎ 振動副鏡 ← Chopping どんな望遠鏡にするのか？ 広視野の望遠鏡 観測の効率（Ｄ２×Ω）を高める 光学系という観点から ◎ Ｆを明るくする ◎ 補正系を組む ← 大型のレンズを用いた透過系 どんな望遠鏡にするのか？ シンプル・メンテナンスが少ない望遠鏡 高地での作業量を減らす 少ない人数で運用可能 安定した運用・dead timeを少なく 光学系という観点から ◎ 光学系は１種類に → 副鏡や補正系の交換は行わない どんな望遠鏡にするのか？ シンプルな望遠鏡 副鏡は１つ 赤外性能重視 振動副鏡＝小さな副鏡 広視野 明るいＦ＝大きな副鏡 すべてを完全に満足する事はできない パラメータの相互関係 一般論 主鏡は６．５ｍ、Ｆ １．２５ これは固定と思う まずは決めるべき望遠鏡のパラメータ Caseegrainか Gregorianか？ Ritch-Cretienか Classicalか？ 最終Ｆ値 パラメータの相互関係 CassegrainかGregorianか？ Cassegrain Gregorian Cassegrain コマ収差 非点収差・湾曲 湾曲の補正 軸ずれコマの出安さ Gregorian 同じ 少し良い 難しい 少し悪い 楽 同じ パラメータの相互関係 CassegrainかGregorianか？ Cassegrain 小さい Ｍ２サイズ Ｍ１－Ｍ２距離 M2直径 小さい Gregorian 大きい 大きい M1-M2間距離 M2サイズ F値 F値 パラメータの相互関係 Ritchy-CretienかClassicalか？ Classicalと RCでの コマの強さ （視野30‘と固定） RCはコマフリーであり、単一Ｆの望遠鏡ならRCが有利 ただし、他のＦではコマが大きい Classicalは複数Ｆで使用するのなら有利 コマ補正が必要なので補正系は像面から遠くに置く → 補正系は交換がたいへん パラメータの相互関係 最終Ｆ値 最終Ｆ値を決めるのに考慮すべき要素 ＝ 視野、Ｍ２サイズ、収差 □ 視野とＦ値の関係 広視野をやるには焦点面近くに補正系が必要 補正系のサイズは製作上の問題からＭＡＸがある 例えば 可視 φ７０ｃｍ （Silicaだけなら１００ｃｍ？） 近赤外 φ３０ｃｍ → 視野の物理サイズは固定になるので、視野広さは Ｆ値によって決まってしまう。 パラメータの相互関係 最終Ｆ値 視野との関係 視野の直径 F値 → Ｆが明るいほうが広視野には有利 パラメータの相互関係 最終Ｆ値 M2サイズとの関係 M2直径 F値 Ｆが明るいとＭ２は大きくなる ＝ 振動副鏡は難しくなる → 振動副鏡を考えるとＦは暗めに パラメータの相互関係 最終Ｆ値 収差との関係 非点の スポット径 F値 コマの スポット径 F値 パラメータの選択 “赤外線用の望遠鏡” → Ｍ２は小さくすべき ◎ Cassegrain ◎ Ｆを暗めにとるべき “広視野望遠鏡” → 明るいＦ ◎ なにしろＦを明るく （◎ Gregorianの方が補正系を組みやすいので少し有利） “シンプルな望遠鏡” → Ｍ２などの交換はなし ◎ ClassicalではなくＲＣにすべき ◎ Ｆは単一 パラメータの選択 “Cassegrain望遠鏡” シンプルな望遠鏡 副鏡は１つ ＲＣタイプでコマを取る 赤外性能重視 振動副鏡 Ｆ暗め 広視野 Ｆ明るめ Ｆ＝１５ Ｆ＝５ Ｆ値の落としどころは？ Ｆ値 パラメータの選択 Fを具体的に決める 振動副鏡 どのぐらいのサイズまで振れるか？ → 大きさの他に重さが重要 材質候補 ガラス系（Zerodurなど）、ベリリウム、SiC ベリリウム ○密度が低い（1.81g/cm3）、 ○硬いので薄くできる ×高価で製造が難しい SiC ○硬いので薄くできる ×高価 とりあえずは軽量化Zerodurを想定する パラメータの選択 Fを具体的に決める Aspect比を固定（7）して考える M2の重さ F値 M2の慣性モーメント F値 50% lightweightedならF１５以上 80% ならF１２以上にすれば振れる パラメータの選択 Fを具体的に決める 視野は？ F12ならば 可視像面湾曲補正なしで φ４４arcmin 可視像面湾曲補正ありで φ３０arcmin 近赤外 φ１３arcmin D2Ωで考えると φ44’ → 64000‘2m2 SupCam より５％だけ大きい 設計の例 Cassegrain Ritchy-Cretien タイプ 主鏡 直径 6.5m F値 1.25 副鏡 振動副鏡 直径 935mm 厚さ 135mm 重さ 50 kg （lightweighted 80%） 最終F値 12.0 Plate Scale 2.65 arcsec/mm ＝ 380μm/arcsec 補正系 可視（湾曲補正無し）用 φ1m 視野 φ44’ 可視（湾曲補正あり）用 φ70cm φ30’ 近赤外用 φ30cm φ13’ 設計の例 望遠鏡パラメータ 6998mm 主鏡 直径 6.5m 曲率半径 16250mm コニック係数 –1.003381 副鏡 直径 曲率半径 コニック係数 厚さ 重量 Backfocus 4000mm 935mm 2511mm –1.542461 135mm ～50kg 設計の例 可視補正系（湾曲補正無し） 1650mm 像面湾曲 R=1766.5mm 10mm離れると 30umの焦点移動 30mm 250um 950mm Silica 設計の例 可視補正系（湾曲補正無し） スポットダイアグラム 0.42micron 0.55micron 0.90micron 視野中心 R=13arcmin R=20arcmin 1辺100um 設計の例 近赤外補正系 1030mm BaF2 CaF2 BaF2 180mmCaF2 Silica CaF2 S-TIH14 CaF2 S-FPL53 S-TIH14 設計の例 近赤外補正系 スポットダイアグラム J-band H-band K-band 視野中心 R=2.4arcmin R=3.6arcmin 1辺200um 設計の例 配置のアイデア 可視用補正系は ナスミスに固定 近赤外補正系も ナスミスに固定？ ナスミス２ 近赤外広視野装置 ナスミス１ 可視広視野装置 第三鏡の回転・ 抜き差しで 装置交換 ベントカセ その他の装置 カセグレン焦点 中間赤外装置 コメント F/15 AO副鏡 現在Stewardが開発中のＡＯ副鏡 F/15（サイズ D=640mm） Classical コマ径だけで言えば Classicalと同程度 RC F/12 まとめ TAO光学系の概念 赤外仕様・広視野・シンプルが柱 しかし、完全に仕様を満足する解はない 特にF値の選択で相反する RC-Cassegrain F12の望遠鏡案 赤外振動副鏡を搭載可能で、かつ最も広視野 副鏡サイズ935mm 視野 可視φ44arcmin 近赤外φ13arcmin → この考え方でもう少し仕様をつめるか？
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