補償光学ミラーと補正

補償光学ミラーとそれを駆動する制御システムは、補償光学の補正部分を担い、センサーによって測定された波面歪みを打ち消すために反射面をリアルタイムで再形成します。

Definition

補償光学ミラーは、アクチュエータのアレイによって表面を迅速に再形成できる光学素子であり、補正システムは、波面測定を使用してミラーにコマンドを送り、大気による歪みをビームから除去するコントローラです。

Scope

このトピックでは、圧電、静電膜、微小電気機械デバイスを含む補償光学ミラー技術、全体の画像モーションの個別のティルト補正、波面測定をミラーコマンドに変換する制御ループ、ループ帯域幅と安定性、および補正品質を定量化するストレール比などの性能指数について説明します。

Core questions

• 補償光学ミラーはどのように形状を変化させるのですか？
• なぜ全体の画像モーションはティルトミラーによって個別に補正されるのですか？
• 制御ループはどのように測定値を補正に変換するのですか？
• 補正の品質はどのように定量化されますか？

Key theories

補償光学ミラーの駆動

圧電、静電、または微小電気機械アクチュエータのアレイが薄い反射面を押し引きし、測定された波面誤差に対抗する制御可能な形状を付与します。

ティルトと高次補正

最大の大気歪みは全体の波面傾斜であり、これはしばしば高速ティルトミラーによって処理され、補償光学ミラーはより微細な高次収差を補正します。

閉ループ制御とストレール比

コントローラはセンサー信号を高帯域幅でミラーコマンドに変換し、ストレール比によって要約される残留誤差は、補正された画像が回折限界にどれだけ近いかを測定します。

Clinical relevance

補償光学ミラーと制御ループの性能は、補償光学画像の鮮明さを決定します。アクチュエータ数と速度の進歩は、系外惑星の直接撮像のための極限補償光学や、超大型望遠鏡のために計画されている非常に大きな補正システムを支えています。

History

初期の補償光学は、しばしば防衛のために開発された、数十個のアクチュエータを持つ控えめな補償光学ミラーを使用していました。圧電ミラー、そして微小電気機械ミラーはアクチュエータ数を数千に増やし、補償光学副鏡は補正器を望遠鏡自体に組み込み、今日の高性能システムを可能にしました。

Key figures

• Horace Babcock
• Robert Tyson

Seminal works

• tyson2015
• hardy1998

Frequently asked questions

ミラーはどのようにして大気を打ち消すのに十分な速さで形状を変化させることができますか？

補償光学ミラーは、多くの小さなアクチュエータによって裏打ちされた薄い反射面を持っています。これらのアクチュエータはミリ秒の何分の1かで応答するため、ミラーは1秒間に数百または数千回再形成され、急速に変化する大気歪みを追跡して打ち消すことができます。

ストレール比とは何ですか？

ストレール比は、実際の画像のピーク輝度を、同じ光源の完全な回折限界画像のピーク輝度と比較します。ストレール比が1に近いということは補正が優れていることを意味し、低い値はかなりの残留ぼやけを示しているため、補償光学性能の標準的な尺度となっています。