天文学用MEMS可変形镜开発课件.ppt

1、大屋真(国立天文台観測所)補償光学装置(AO)形状可変形鏡(DM)AO用MEMS-DM 次世代MEMS-DM開発向 光波面歪 補正回折限界像取得天文学眼科医療応用盛w/o AOw/AO網膜海王星w/AOw/o AOw/AOw/o AO(最使)磁歪 電磁石天文用一般的、次様方式 透過型:液晶位相板透過率偏光特性問題 熱変形特赤外波長背景雑音 液体安定性?積層MEMS大大素子間隔:5 mm(64x64素子:300mm)小素子間隔:1 mm(64x64素子:60mm)重重(特積層)50kg軽(CPU程度)5%10 mm小 10 mm緑色：MEMS-DM期待項目赤色：MEMS-DM対課題単一式二段式分

2、割三脚式OKOBoston MicromachinesIris AO基本原理、静電力引、機械的(張力)戻注意：AO用各素子高方向変位重要。DLP用DMD様各素子傾変不十分単一式単一式二段式二段式分割三脚式分割三脚式仕組簡単現在、最注目素子数100素子数100中心10mm小。不十分(多分10mm行)大(既10mm到達)面不安定。多素子不向?湿度弱。分割鏡面性能劣化?振動弱?口径30m超大型望遠鏡建設予定TMT:Thirty Meter Telescope現在世界主力口径10m級(望遠鏡8m)素子数、増必要 観測時間貴重多天体化安価簡素 多様化 観測目的異AO方式必要 各AO方式違要素技術(DM)

3、必要TMT-AO必要仕様必要仕様 素子数:N (D/r0)2Subaru AO188同等性能必要188(30/8)226001000素子以上必須 波面誤差:(D/r0)5/63評価(3、鏡半分)、TT補正済0.60.5m;天頂 Subaru:2.2m、TMT:6.5m 1.20.5m;EL=30Subaru:5.5m、TMT:16.4mAO方式多様化方式多様化(従来型AO)顕微鏡 広視野 ExAO(Extreme AO)MOAO(Multi-Object AO)MEMS-DM、主ExAO用作。MOAO用仕様異。究極波面補償性能高-超多素子-高速動作-高鏡面精度明星近傍惑星暗遠方銀河複数同時3D

4、波面推定制御-繰返精度-鏡面安定性高反射率多-簡素安価既存MEMS-DM、望遠鏡DM仕様基TMT-MOAO用Element count1024=32x32 (goal:4096=64x64)Pitch300 1,000 m mmAperture size10 30mm (goal:20 60mm)Fill factor98%Actuator yield 99%Stroke(overall)20 m mmStroke(at highest spatial freq.)4 m mmSurface roughness(RMS)20nm(goal:10nm)Flatness(controlled;RM

5、S)100HzFirst resonance 1kHzHysteresys 0.1%Reflective surfaceGold(Silver)w/overcoatUniformity of surface reflectivity1%RMSStability 4nmRepeatability 4nmResolution 4nmMaximum drive voltage 300VOperating temperature-5 +15 (goal:-30 +30)Relative Humidity0 90%Altitude0 4500 m既存MEMS-DM不足点問題点MEMS専門家見新方式?耐久

6、性制御回路価格各動径次数各形状各動径次数各形状 波面誤差波面誤差(RMS)比比大波面誤差持低空間周波数成分干渉計補正。4.4 (別途補正)先減N-0.43(R-0.87)10.510.330.23Zernike polynomials不足場合、様 Woofer:低空間周波数低速補正 Tweeter:高空間周波数高速補正OAE 1Woofer DMOAE 2Tweeter DM 2700300f/35 outputf/15 input光学系複雑、透過効率落。程度空間周波数大woofer効果薄。特大Woofer-tweeter一枚大、小素子数TT鏡意味。金20 mm世界初(単一面式以外)Woofe

7、r無。銀10 mm分割式実現、連続面式世界初Woofer仕様緩。銅5 mmBMCMEMS-DM同。他点改良十分意味。安定運用重要。耐環境性特耐湿度。観測装置半屋外。例:Boston Micromachineskilo-DM高電圧(150V)掛電線腐食。付、湿度 50%以下使用光学交換容易。10年無故障欲。低電圧駆動 制御電圧特性静電式電圧変位関係非線形(D/A分解能変化)電圧-変位特性合高電圧用意?外部配線数削減数分外付高電圧、高耐圧高密度電線専用回路外部配線数減工夫(例CMOS)排熱関係単純。U例:Boston Micromachineskilo-DMDM chip:$75kDriver:$75k4000素子DM総額$500k程度希望DM chip+Driver:$100k(1千万円)機械的性能 時間安定性(困)繰返精度(制御重要)大自由度(目的応選択望)大動作速度遅?必要電流増?光学的性能 形状(単一曲面)面精度(研磨)特誘電体多層膜、張力問題難?補償光学装置(AO)形状可変形鏡(DM)AOMEMS-DM 次世代MEMS-DM開発向仕様案 Action Item仕様案 既製品部分、実際可能確認 既製品不足部分、新検討 項目抜無?