Transcript 変位センサ - 京都大学

3.8 m望遠鏡主鏡エッジセンサ
開発進捗
京都大学 理学研究科 M2
河端 洋人
前回までのスライド
分割鏡制御
・風による振動（〜数Hz）
・熱膨張
・鏡の仰角に応じた支持部の歪み
焦点が
合わなくなる
分割鏡の境界にセンサを取り付け、
鏡の位置ずれを測定して補正
ここを小さく
したい！
分割鏡
分割鏡
センサ・
測定対象の導体板
分割鏡制御の流れ
０．（観測前）位相カメラで光学的に
焦点合わせ
１．合わせた位置からのずれを
センサで測定
２．アクチュエータでずれを
補正
３．１, ２の繰り返し
位相カメラ
分割鏡
分割鏡
センサ
アクチュエータ
4
要求仕様など
分解能(rms)
一晩の安定性(rms)
設置箇所
10 nm
30 nm
72
なるべく低コストで！
（センサ配置図）
5
検討中のセンサ
• インダクタンス型DS2001センサ(日本システム開発)
• 導体板の渦電流がつくる磁場が、コイルの磁場を減少
させることを利用
アルミナセラミック
基板（以下アルミナ）
クリアセラム基板
（以下ガラス）
平面コイル
f=
1
2p LC
22 mm
21 mm
24 mm
・熱変形が大きい
・低コスト
36 mm
・熱変形が小さい
・高コスト
渦電流
導体板
実験
• 屋外でセンサを48 h駆動
• 導体板は置かない
→以後、センサの発振数を平均的な
変換値（1 count = 30 nm）で換算
• 空気の入れ替えが起こる十分な
隙間
風よけ（プラスチック）
+ 日よけ（スチロール）
固定したセンサ
センサ
7
分解能
出力値 (nm)
アルミナ基板
ガラス基板
8
8
4
4
0
0
-4
-4
-8
rms = 0.6 nm
0
2
4
6
8
10
-8
時間 (s)
rms = 2.3 nm
0
2
4
6
8
アルミナ基板・ガラス基板ともrms < 10 nmを
十分に満たす
10
一晩の安定性
距離
アルミナ基板
気温
(nm)
900
600
300
0
18
20
22
0
時刻
2
4
(℃) (nm)
12 1800
11
10 1200
9
600
8
7
0
6
18
6
ガラス基板
20
22
0
時刻
2
4
•環境（気温が顕著）の変化によって出力値が大幅に
変化し、安定性(< 30 nm)を満たさない
•変化の大きさは、アルミナ基板：150 nm/℃
ガラス基板： -250 nm/℃
6
(℃)
22
21
20
19
18
17
16
15
分割鏡
分割鏡
導体板
測定センサ
測定センサ
環境補償方法
参照センサ
参照センサ
（環境依存性を検出）
非観測時
観測時
•位相カメラで焦点を合わせ、その状態を保持
•参照センサと測定センサに様々な環境を
経験させ、出力値の対応テーブルを作成
•テーブルと参照センサの出力値から
11
測定センサの理想値を計算
測定値ー参照値 (nm)
補償後の安定性
アルミナ基板
90
30 nm
ガラス基板
270
60
180
30
90
0
30 nm
0
0
800
1600
2400
0
参照値 (nm)
700
1400
2100
• 導体板がない状態では、参照テーブルの作成により
要求仕様を満たす安定性を得る
12
前回から現在までの進捗
（導体板ありの試験）
新ガラスセンサ
•
•
•
•
材料：クリアセラムガラス
製作期間：5カ月（今年4月上旬〜8月下旬）
価格：24個で820,000円（単価34,000円）
歩留まり：100x120 mmのガラス板から、
32x18 mmのセンサ12個（損耗率42%）
実験
• 環境（屋外）・駆動時間（48h）などは
以前の実験と同様
【導体板なしのセンサ】
• 穴を空けたプラスチックカゴに
センサを固定
【導体板ありのセンサ】
• SUS製のブロックにセンサを
センサ
固定
• センサとブロックの間に
低熱膨張ガラス板
（厚み0.6 mm）
導体板（SUS）
この下に穴
低熱膨張
ガラス
-10816
497
498
-10817
496
-10818
497
-10819
495
496
-10820
494
495
-10821
493
-10822
494
-10823
492
493
-10824
491
492
-10825
-10826
491
1520
00
41540
41560
41580
41600
41620
41640
41660
41680
41700
41520
41540
41560
41580
41600
41620
41640
41660
41680
4170
41500
41520
41540
41560
41580
41600
41620
41640
41660
41680
4170041500
41500
41520
41540
41560
41580
41600
41620
41640
41660
4168
417
補償後の安定性
測定値ー参照値 (nm)
20.01 (C2
C5)(C2 vs C5)
exp 20.01
(C2 (C2
vs C7)
expvs
20.01
exp 20.01
vs C7
測定センサに導体板なし
測定センサに導体板あり
90
90011237
11237
-81
11236
11236
11235
11235
11234
11234
11233
11233
11232
11232
11231
11231
11230
11230
11229
11229
11228
11228
11227
11227
11226
11226
11225
11225
11224
11224
11223
60
600
11223
-82
11222
11222
11221
11221
11220
11220
11219
11219
11218
11218
11217
11217
30 nm
11216
11216
11215
150 nm
11215
11214
11214
11213
11213
11212
11212
11211
11211
11210
11210
11209
11209
30
300
11208
-83
11208
11207
11207
11206
11206
11205
11205
11204
11204
11203
11203
11202
11202
11201
11201
11200
11200
11199
11199
11198
11198
11197
11197
11196
11195
11195
11194
0
011196
-84
11194
0 30900
700
140030920
2100
0 30900
700 30920
1400
2100
090030920
30940
30960
30920
30940
3096
30880
3094030960 30880
30880
30900
30940
309
参照値 (nm, 参照センサには導体板なし)
xp 20.01
(C4
C7)
exp 20.01
(C4 (C4
vs C8)
exp vs
20.01
(C4 vs C7)
exp 20.01
vs C8
→導体板ありだとかなり悪化(最大で5倍強)
11204
11403
11204
ただし、極板の固定方法が粗く、改善の余地あり
11203
11402
11203
11401
11202
11202
11400