光赤外干渉計用光遅延線の加速度抑制方法の研究

光学红外干涉仪光学延迟线加速度抑制方法研究

基本信息

批准号：
09740179
负责人：
西川淳
金额：
$ 1.66万
依托单位：
National Astronomical Observatory of Japan
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1997
资助国家：
日本
起止时间：
1997 至 1998
项目状态：
已结题

项目摘要

次世代の長基線光赤外干渉計においては、長ストロークかつ高速遅延変化に対応できる精密な直動機構(光遅延線)が必要である。さらに、干渉縞のより精密な計測を可能とするためこれまでにない高い性能が求められる。本研究では、そのような光遅延線の開発途上でクリアーしなければならない技術的課題の中核部分である、加速度を抑制し等速性を確保する方法の研究を行った。光遅延線のテスト構造による測定と改良を重ねた結果、800m基線対応の60mm/sの遅延変化までで、5msRMSで約17nm以下、5msP-Pで約50nm以下と、ほぼ目標の走行残差を達成した。採用された形態は以下のとおりである。(1)反射鏡を搭載した客車を電車が押して滑らかなレール上を走るようにした。(2)電車客車間と客車反射鏡間を適切な防振ゴムで接続し、機械振子式での制御の複雑さを回避しながら高周波を落とした。(3)駆動輪は、ギアなしで12mm径の車輪をモーター軸に直接取り付け、光軸の速度変化を最小限に押さえるため電車の中央とし、モーターはステッピングモーターをマイクロステップドライバーで駆動し、ダイナミックレンジと速度安定性を確保した。他に明らかになったことは、駆動部の非等速性が最も大きな誤差要因であること、車輪径・ベアリングの種類・保持方法などの影響は比較的小さいこと、ゴムのパラメーター変更により高周波成分を目標値まで落としたが低周波成分増加による位置誤差は50μm程度しか発生していないこと、既存の測長針では200Hz以上の高周波成分の測定が困難なことなどである。本研究により、光遅延線の基本構成には見通しがついたので、既に精密高速光遅延線プロトタイプの製作に入り細部に及んだ実用化試験を予定している。測定方法の高精度化、新しく考案した摩擦変動の非常に小さいベアリング保持方法の有効性の評価、高速遅延線との2重制御の試験、などが課題である。

下一代长基线光学红外干涉仪需要精确的线性运动机构（光学延迟线），能够处理长行程和高速延迟变化。此外，需要前所未有的性能来实现更精确的干涉条纹测量。在本研究中，我们研究了抑制加速度和确保匀速的方法，这是此类光学延迟线开发过程中必须克服的核心技术问题。经过使用光学延迟线测试结构的反复测量和改进，我们几乎实现了目标运行残差，对应于800m基线的延迟变化为60mm/s，在5msRMS时约为17nm或更小，在5msRMS时约为50nm或更小。 5msP-P 已实现。采用的形式如下。 (1)火车推动装有反光镜的客车，使其在光滑的铁轨上运行。 (2)列车客车与客车反射板之间采用适当的防振橡胶连接，降低高频，同时避免机械摆式控制的复杂性。 (3) 驱动轮是直径为 12mm 的无齿轮轮，直接连接到电机轴上，并放置在列车的中心，以最大限度地减少光轴的速度变化。电机是由微步驱动器驱动的步进电机，并保证了范围和速度的稳定性。其他研究结果表明，驱动部分的不均匀性是最大的误差因素，轮径、轴承类型、夹持方法等的影响相对较小，橡胶参数的变化可以减少高频分量。虽然我们将值降低到目标值，但由于低频成分增加而导致的位置误差仅为50μm左右，并且使用现有的长度测量针很难测量200Hz或更高的高频成分。通过这项研究，我们对光学延迟线的基本结构有了清晰的认识，并且我们已经开始制作精密高速光学延迟线原型，并正在计划详细的实际测试。挑战包括提高测量方法的精度、评估新设计的具有极小摩擦波动的轴承保持方法的有效性，以及使用高速延迟线测试双重控制。