波面センシング

波面センシングは、入射光波の形状を測定し、補償光学システムが鮮明な画像を復元するために必要な補正を決定し適用できるようにします。

Definition

波面センシングとは、光波の平坦な形状または理想的な形状からの偏差を、通常、その局所的な勾配または曲率をサンプリングすることによって測定し、波面補正を駆動する誤差信号を提供するものです。

Scope

このトピックでは、波面勾配または曲率を測定する原理、レンズレットアレイを備えたシャック・ハルトマンセンサー、曲率センサーとピラミッドセンサー、センサー測定値からの波面の再構築、および参照光源がどれほど微弱であるか、ループがどれほど速く実行できるかを制約するノイズとサンプリングの限界について説明します。

Core questions

• 波面センサーは光のどのような特性を測定しますか？
• シャック・ハルトマンセンサーはどのように機能しますか？
• 曲率センサーとピラミッドセンサーは、シャック・ハルトマンセンサーとどのように異なりますか？
• 波面センシングの感度と速度を制限する要因は何ですか？

Key theories

シャック・ハルトマンセンシング

レンズレットアレイが瞳をサンプリングし、スポットのグリッドを形成します。このスポットの変位が局所的な波面勾配を測定し、それから完全な波面が再構築されます。

曲率センサーとピラミッドセンサー

曲率センサーは、デフォーカスされた画像の強度差から波面を推測します。一方、ピラミッドセンサーは焦点面を分割して感度を高め、それぞれ異なる領域に適しています。

波面再構築

勾配または曲率の測定値は、しばしば行列法によって結合され、補正器が適用できるゼルニケモードなどの基底で波面を推定します。

Clinical relevance

波面センシングは、補償光学系の知覚段階であり、ガイド光源がどれほど微弱であるか、大気がどれほど正確に測定されるかを決定します。また、同じセンサーは望遠鏡光学系の調整とテスト、および眼科などの分野で使用されます。

History

光学図形のためのハルトマンテストは、シャックによってレンズレットアレイセンサーに適合され、その名前を冠するこのセンサーは補償光学の標準的な波面センサーとなりました。ロディエによって導入された曲率センシングと、その後のピラミッドセンサーは、利用可能な技術を拡大しました。

Key figures

• Johannes Hartmann
• Roland Shack
• Francois Roddier

Seminal works

• hardy1998
• roddier1999

Frequently asked questions

波面センサーは実際に何を検出しますか？

ほとんどのセンサーは、波面の高さを直接測定するのではなく、望遠鏡の瞳全体にわたる局所的な傾きや曲率を測定します。例えば、シャック・ハルトマンセンサーは微小なレンズのグリッドを使用し、各焦点スポットの変位が瞳のその部分における波面の勾配を示します。

なぜ波面センシングには明るい参照光源が必要なのですか？

センサーは大気の変化に追いつくために、毎秒数百回波面を測定する必要があるため、各測定は短時間しか光を収集しません。微弱な光源では正確な測定に必要な光子数が不足するため、明るい自然光または人工レーザーガイド星が必要となります。