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要素技術の検討：赤外線検出器と超軽量鏡
国立天文台 天文機器開発実験センター 小林行泰
• JASMINE実現のために必要な要素技術
の現状についてコメント
• ＪＡＳＭＩＮＥは赤外線で銀河面をサーベイ
1ミクロンサーベイ CCD
2ミクロンサーベイ IR Array
ピクセルの３００分の１の位置決定目標
１０μasのアストロメトリ
サーベイならＴＤI
・サーベイならＴＤＩ
Time Delay and Integration
代表例 Sloan Digital Sky Survey
サーベイ観測には効率が良い 感度補正有利
読み出しの負担少ない
ＣＣＤでは容易に実現可能されている
・TDIが不可なら、問題多い 観測効率 精度
副鏡スキャン 2MASS
連続高速読み出し
望遠鏡ステップポインティング
ＣＣＤとアレイ赤外線検出器の現状比較
• CCD 技術的に成熟 メーカー多い 品質良
• CCD 比較的高温で動作 大フォーマット 安価
• 赤外線技術的には難しいが科学的には未開の
領域（Astrometry）
• CCDとDRO 電荷転送方式と直接読み出し
• ＤＲＯ 早い読み出し可能
2μｍの検出器
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赤外線アレイ検出器
ドリフトスキャンモードでの観測
JASMINEの要求を満たすものは存在しない。
DRO HgCdTe InSb PtSi
Indium bumping
HgCdTe
NICMOS read out
TDIモードに対応した赤外線検出器の
開発の可能性
• 赤外アレイセンサーの開発 は軍事目的が多い
情報収集に困難
• 熱赤外線の検出目的 ５ミクロン帯１０ミクロン帯
が多い ２ミクロン帯は天文のみ
• 地球観測衛星
• 日電 富士通 東芝 三菱
• 浜ホト Rockwell Raytheon(SBRC)
• BAE(英) SOFRADIR（仏）
• 天文用 低バックグランド 低ノイズ 高量子効率
ＴＤＩモードで動作する赤外線検出器
• ２つの手法により実現の可能性
赤外センサー＋裏面照射型薄化CCD
赤外センサー＋DRO 読み出し回路
インジウムバンプ
• 欠陥画素 の除去 欠陥画素
• saturationへの対策 gain可変
積分時間可変
HgCdTe + CCD
Thinned back illuminated buried channel CCD + HgCdTeの結合
HgCdTe+DRO
CCD 積分時間を可変
現状あるいは問題点
TDI方式の赤外アレイ検出器は製作可能
価格の問題 4Kx4K Hawaii array ２憶５千万
DRO方式の方が安い？
プロジェクトとしては予算縮小の圧力
両モードで試作・評価したいが…
技術のある企業 不況
次の話題
超軽量鏡の開発
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2m主鏡 1x2m平面鏡 を軽量化の必要
１５Kg/m2 NGSTの仕様 全体のデザイン
プラットホームの問題 ＨＩＩ － dual launch
極低温 80K(@2μm) 180K(@1μm)
位置決めのための安定性
結像性能はそれほどでも？
しかし、ピーク光量は欲しい
新鏡面材料の開発
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新しい複合材料 炭素系 構造体も
硬い
熱変形
割れる
均質性
比較
軽量鏡 開発 盛ん 共通の課題
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ＮＧＳＴ
beryllium 他
Herschel Space Observatory SiC 遠赤
ＥＬＴ
50ｍ望遠鏡
Ａｓｔｒｏ-Ｆ SiC+CVD SiC
ＳＰＩＣＡ SiC C/SiC 三菱
理研
SiC京セラ
天文台
C/C 三菱
東芝
SiC
NGSTの開発
仕様
• １５Kg/m2
• 2μm 回折限界
コンペ -> Berylium Segment
• COI/REOSC
• U. of Arizona
• Ball/Tinsley
• IABG
NGST
Kodak AMSD
Material
Selection of material for membrane
Borosilicate glass is optimal for 35 K operation - cryogenic CTE = 0
(Fused silica may be a better candidate because of homogeneity)
3.50
Borosilicate
3.00
2.50
CTE (ppm/°K)
Green Zerodur
2.00
1.50
1.00
0.50
Fused Silica (White 1991)
Zerodur M
Zerodur
0.00
ULE (Jacobs 1976)
-0.50
-1.00
ULE (White & Roberts)
-1.50
0
100
temperature (K)
200
300
Fabrication of glass membrane
Glass
The concept is to work the glass while it is rigidly bonded in place
Bonding of attachment hardware
Pucks are attached with 12 µm thick bond of PRC
1564
Puck positions are maintained to about 125 µm
For safety factor of 3 for all loads in handling and operation:
All pucks are proof tested at 1.45 lbs in shear
All subloadspreaders are proof tested at 1.24 lbs in tension
Extremely Large Telescope
GAIA
Astrium SiC
SPICA
仕様
口径
３．５ｍ
観測時温度 ４Ｋ
波長
５μｍ
望遠鏡重量 １ｔon
C/SiC 三菱 焼結SiC
短い炭素繊維 エポキシで固め焼結
Si 含浸
割れにくい 不均質
SiC
SiC C/SiC
SiC
理研
• 焼結型SiC 京セラ
• 成形後の変形
天文台
• C-C 三菱 変形小 膨張係数小
カーボンファイバーで布を織って
接着剤で固めて後、焼結
カーボンのみが残る
カニゼンメッキ後研磨
強度 低ＣＴＥ が特徴
東芝
• ＳiC成形物にカーボン粒子を混ぜる
後Siを含浸
• 変形の少ない、均質な空乏の少ない構造
新研磨技術の発達
• 効率の良い、精度の高い（測定を反映できる）研
磨技術 SiCはカーボランダム
• 理研 ELID
• ダイヤモンド旋盤
• Canon CSSP
• Nikon RF Plasma CVM
• Epion GCIB processing
• NTGL IBF
• Zeeko Precessions Process
• QED Technology MRF
超精密旋盤による切削加工
ELID
Electrolytic In-process Dressing
Canon
ダイアモンド工具 上下・左右・前後 回転 nm 制御
Canon Super Smooth Polisher
Plasma CVM
Gas Cluster Ion Beam
GCIB
MRF
Magnetorheological Finishing
Zeeko Precession Process
JASMINE
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独自の基礎開発も必要
情報収集
ミッション方針
要求仕様
必要な開発 試作 評価