JPH05323213A - 簡単な適応性光学システム - Google Patents

簡単な適応性光学システム

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JPH05323213A
JPH05323213A JP4330665A JP33066592A JPH05323213A JP H05323213 A JPH05323213 A JP H05323213A JP 4330665 A JP4330665 A JP 4330665A JP 33066592 A JP33066592 A JP 33066592A JP H05323213 A JPH05323213 A JP H05323213A
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JP
Japan
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wavefront
signal
deformable mirror
distortion
slope
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JP4330665A
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English (en)
Inventor
David H Kittell
デビット・エイチ・キツテル
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Raytheon Co
Original Assignee
Hughes Aircraft Co
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/06—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the phase of light
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J9/00—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
  • Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
  • Telescopes (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、高価なコンピュータ制御を必要
としない望遠鏡システムにおける波面を経済的に補正す
る手段を提供することを目的とする。 【構成】 波面10を受けて反射し、受信された励起信号
19によって再構成可能である変形可能なミラー11と、こ
のミラー11から反射される波面の歪みを検出し、検出さ
れた波面の歪みにしたがった信号を供給する手段16と、
波面の歪みを検出する手段16から信号17を受信し、それ
に応じてミラー11が波面の歪みを補正するために再構成
されるように変形可能なミラー手段に励起信号19を直接
供給する手段18とを具備していることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、適応性光学的な装置に
関し、特に波面の歪みを補正する簡単な適応性光学シス
テムに関する。
【０００２】
【従来の技術】天文学コミュニティーのメンバーおよび
その他の望遠鏡使用者は、正確な実験および測定のため
に歪んでいない望遠鏡波面を要求する。波面の歪みは、
不完全な望遠鏡の光学的品質および大気の乱れから生ず
る。このような歪みを減少する最新の方法は、適応性の
ある光検知および補正によるものである。
【０００３】典型的に、１９チャンネルの変形可能なミ
ラー、３０チャンネルのＨａｒｔｍａｎｎ−Ｓｈａｃｋ
波面センサ、平坦な２軸の先端偏向ミラー、および高速
コンピュータから構成されるシステムが波面の非均一性
を補正するために使用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このシステムにおける
コンピュータは、センサから２つの可調整ミラーまでの
実時間フィードバックを行うために使用される。このシ
ステムは正確であり、かなり信頼性があるが、複雑であ
り、非常に費用がかかる。それ故、このような複雑なシ
ステムのコストの負担を軽減するため、入射望遠鏡波面
の歪みの補正を行う簡単な手段は非常に望ましいもので
ある。本発明の主な目的は、望遠鏡システムにおける波
面を経済的に補正する手段を提供することである。本発
明の別の目的は、付勢装置により変形可能なミラーに波
面センサのアナログ結合を直接行って波面の歪みを補正
する手段を提供することである。本発明のさらに別の目
的は、高価なコンピュータ制御を必要としない波面の歪
みを補正する手段を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、入射望遠鏡波
面の歪みを補正する従来のシステムよりも簡単であり、
低価格な手段を供給する。本発明は、変更されたHartma
nn-Shack波面センサに入射望遠鏡波面を反射する軽量の
付勢装置変形可能なミラーを具備している適応性光学シ
ステムに注目するものである。波面センサは入射ビーム
を横切る幾つかの異なる位置における入射波面のスロー
プを検出し、付勢装置駆動回路の対応しているセットに
対するこれらの各位置で波面のスロープを表しているア
ナログ信号のセットを供給する。これらの駆動回路はア
ナログスロープ信号の直接および差増幅を実行し、変形
可能なミラーの付勢装置の対応しているセットに励起信
号を供給する。これらの付勢装置に供給される励起信号
はミラーの表面を再構成するように作用し、それによっ
て波面センサによって検出される入射望遠鏡波面におけ
る歪みを補正する。
【０００６】
【効果】この簡単な適応性光学システムの主な利点は、
波面センサから変形可能なミラーまでの実時間フィード
バックを行うために高価なコンピュータシステムは必要
がないということである。本発明のようなシステムは検
出検知の数および補正チャンネルの増加と共に複雑とな
るが、その現在の形状においてそれは入射望遠鏡波面の
第３次収差によって歪みの補正を行われるべきである。
【０００７】
【実施例】図１を参照すると、歪んだ入射望遠鏡波面10
が示されている。この歪んだ波面10は、２軸の先端偏向
マウント12に取付けられた付勢装置により変形可能なミ
ラー11上に入射する。ミラー11による波面10の反射は、
ビームスプリッタ14に入射するビーム13を生成する。ビ
ームスプリッタ14は、予め決められた比率の２つの分離
ビーム15,20 に入射ビーム13を分割する。１方のビーム
20はビームスプリッタ14によって反射され、実験および
測定等の目的のために使用される。他方のビーム15はビ
ームスプリッタ14によって透過され、変更されたHartma
nn-Shack波面センサ16に入射する。変更されたHartmann
-Shack波面センサ16は、この入射ビーム15を横切る幾つ
かの異なった位置で波面のスロープを検出する。これら
の位置で検出される波面スロープに対応している１組の
アナログスロープ信号17がセンサ16によって生成され、
一連の増幅器を含む付勢装置駆動回路18に供給される。
これらの付勢装置駆動回路18はアナログスロープ信号17
の直接および差増幅の両方を実行し、変形可能なミラー
11および２軸の先端偏向マウント12における付勢装置に
励起信号19を供給する。ミラーおよび２軸先端偏向マウ
ント12への励起信号19の供給は、それぞれ入射望遠鏡波
面10に関連してミラー11の再構成および移動を生じ、そ
れによって波面センサ16によって検出された波面におけ
る歪みを補正する。
【０００８】図２のａおよびｂを参照すると、８チャン
ネルの付勢装置により変形可能なミラー11が示されてい
る。各チャンネルは圧電性あるいは電歪付勢装置22を含
み、励起される時に検出されたスロープにおける相違に
対応している領域におけるミラーの曲率を変更する。引
張りロッド24およびばね26は、それらが電気的に励起さ
れる時にこれらのタイプの付勢装置22の固有の単向性膨
脹特性のために圧電性あるいは電歪付勢装置22に予め負
荷させる機構を供給する。チャンネルの数、したがって
付勢装置22の数が要求される歪みの補正の程度に依存し
て８以上あるいは以下でもよいことを注意すべきであ
る。
【０００９】図３を参照すると、８チャンネルの変形可
能なミラー11は、２つの直交して位置される音声コイル
型付勢装置および一連の弾性屈曲体を通って２軸の先端
偏向マウント12に取付けられる。図３に示される断面図
は、１つの付勢装置30のみを示す。音声コイル型付勢装
置30は２つの音声コイル駆動装置31を含み、それらはミ
ラー11の直径の両端部において外縁部に沿ってそれぞれ
位置される。これらの音声コイル駆動装置31は図３の断
面図において示され、円筒形である。ワイヤコイル33
は、各音声コイル駆動装置31の上部外周に巻付けられて
いる。各音声コイル型付勢装置30における２つの音声コ
イル駆動装置31は、中央の軸点34を中心に全体的に変形
可能なミラー構造11の１次元の傾斜を与えるために同時
に動作する。２つの音声コイル型付勢装置は、Hartmann
-Shack波面センサ16によって検出される反射表面28の２
次元の第１次傾斜補正を行う。
【００１０】図４のａおよびｂを参照すると、中央に位
置される単一の２次元センサ40および周辺に沿って位置
される８つの１次元センサ42を有する変更されたHartma
nn-Shack波面センサ16が示されている。典型的なHartma
nn-Shack波面センサ16は、さらに複雑な２次元センサの
みを含む。中央センサと呼ばれる２次元センサは、直交
検出器48上にビーム45を投影するレンズ44を含む。周辺
センサと呼ばれる８つの１次元センサは、対応する２重
検出器49上にビーム47を投影するレンズ46をそれぞれ含
む。これらの各センサ40,42 において生成されるビーム
45,47 は１点に集まっているから、対応している検出器
48,49 の表面上のこれらのビーム45,47から生成される
イメージは点である。各点の位置は、対応しているセン
サレンズ上に入射する波面15のスロープを表しているア
ナログ信号17（図１参照）を生成する電子光学処理によ
って検出される。
【００１１】再び図１を参照すると、アナログスロープ
信号17を処理する付勢装置駆動回路18は、それぞれのタ
イプのミラー付勢装置22,30 に対して相違している。２
つの音声コイル型付勢装置の励起信号19は、変更された
Hartmann-Shack波面センサ16の中央の２次元センサ40に
よって検出されるスロープから直接に駆動される。中央
センサ40によって検出されたスロープが増幅され、対応
している音声コイル型付勢装置30に適用されている時、
全ミラー構造11の位置は検出されたスロープにおける任
意のオフセットを減少するために調整される。
【００１２】図２に示される圧電性あるいは電歪付勢装
置22の励起信号19は、中央センサ40と周辺センサ42との
間の検出されたスロープにおける差から導出される。検
出されたスロープにおけるこの差は、曲率エラーと呼ば
れている。中央センサ40と特定の周辺センサ42との間の
曲率エラーが増幅され、対応している付勢装置22に供給
された時、ミラー表面の形態は特定の領域内の変形可能
なミラー11の曲率エラーを減少するように変更される。
【００１３】変更されたHartmann-Shack波面センサ16に
よって検出されるスロープオフセットおよび曲率エラー
を減少することによって、変形可能なミラー11によって
反射されるビーム13における歪みが減少される。この歪
みの減少は、良好な総合的な正確さが達成されるように
ビームスプリッタ14によって反射されるビーム20の位置
において実験および測定が実行されることを可能にす
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】簡単な直接結合される適応性光学システムの概
略図。
【図２】８チャンネルの付勢装置変形可能なミラーの背
面図および断面図。
【図３】音声コイル型付勢先端偏向マウントに取付けら
れる８チャンネルの付勢変形可能なミラーの断面図。
【図４】変更されたHartmann-Shack波面センサの平面図
および断面図。
【符号の説明】
10,13 …波面，11…ミラー，12…先端偏向マウント，14
…ビームスプリッタ，15,20 …ビーム，16…センサ，1
7,19 …信号，18…回路，22,30 …付勢装置。

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 波面を受けて反射し、受信された励起信
    号によって再構成可能である変形可能なミラー手段と、 変形可能なミラー手段から反射される波面の歪みを検出
    し、検出された波面の歪みにしたがった信号を供給する
    手段と、 波面の歪みを検出する手段から信号を受信し、それに応
    じて変形可能なミラー手段が波面の歪みを補正するため
    に再構成されるように変形可能なミラー手段に励起信号
    を直接供給する手段とを具備している適応性光学システ
    ム。
  2. 【請求項２】 前記ミラー手段が付勢装置により変形可
    能なミラー手段であり、このミラー手段が、 前記波面の歪みを反射し、補正する変形可能なミラー表
    面と、 変形可能なミラー表面と、 変形可能なミラー表面の再構成を制御する複数の再構成
    制御手段と、 この再構成制御手段の予め負荷された機構を構成してい
    る前記再構成制御手段の１つとそれぞれ関連される複数
    の引張りロッドおよびばねとを具備している請求項１記
    載の適応性光学システム。
  3. 【請求項３】 前記各再構成制御手段が、前記変形可能
    なミラー表面の後側を放射状に横切って位置される圧電
    性付勢装置を具備する請求項２記載の適用性のある光学
    システム。
  4. 【請求項４】 前記各再構成制御手段が、前記変形可能
    なミラー表面の後側を放射状に横切って位置される電歪
    付勢装置を具備する請求項２記載の適応性光学システ
    ム。
  5. 【請求項５】 複数の音声コイル型付勢装置手段がそれ
    ぞれ、ミラーの直径の両端部で前記変形可能なミラーの
    外縁部に沿って位置されている２つの音声コイル駆動装
    置を具備し、前記音声コイル型付勢装置が直交して位置
    されている請求項１記載の適応性光学システム。
  6. 【請求項６】 前記波面の歪みを検出する手段が変更さ
    れたＨａｒｔｍａｎｎ−Ｓｈａｃｋ波面センサであり、
    この波面センサが、 中央の波面スロープを検出する２次元中央センサ手段
    と、 放射状の波面スロープを検出する複数の１次元周辺セン
    サとを具備する請求項１記載の適応性光学システム。
  7. 【請求項７】 前記２次元中央センサ手段が収束レンズ
    および直交検出器を具備し、この直交検出器が中央軸点
    を中心とする前記変形可能なミラーの位置を制御する信
    号を供給する請求項６記載の適応性光学システム。
  8. 【請求項８】 前記信号が前記検出された中央波面スロ
    ープを表している複数のアナログ信号を含んでいる請求
    項７記載の適応性光学システム。
  9. 【請求項９】 前記各１次元周辺センサ手段が収束レン
    ズおよび２重検出器を具備し、前記２重検出器が前記変
    形可能なミラーの再構成を制御する信号を供給する請求
    項６記載の適応性光学システム。
  10. 【請求項１０】 前記信号が前記検出された放射状波面
    スロープを表すアナログ信号を含んでいる請求項９記載
    の適応性光学システム。
  11. 【請求項１１】 波面の歪みを検出する手段から信号を
    受信し、変形可能なミラー手段に励起信号を直接供給す
    る手段が、 前記波面の歪みを検出する手段によって供給される前記
    信号の選択されたものを直接増幅する第１の複数の付勢
    装置回路手段と、 前記波面の歪みを検出する手段によって供給される前記
    信号の選択された別のものについて異なる増幅を実行す
    る第２の複数の付勢装置回路手段とを具備する請求項１
    記載の適応性光学システム。
  12. 【請求項１２】 前記波面の歪みを検出する手段が、 前記反射された波面の中央スロープを検出し、前記第１
    の複数の付勢装置駆動回路手段のそれぞれに前記中央ス
    ロープを表す前記信号の選択されたものを供給する直交
    検出器と、 前記第２の複数の付勢装置駆動回路手段に前記放射状の
    スロープを表す前記信号中の選択された別の信号を供給
    する複数の２重検出器とを含む請求項１１記載の適応性
    光学システム。
  13. 【請求項１３】 直接増幅をする前記第１の複数の付勢
    装置回路手段のそれぞれが前記変形可能なミラー手段に
    前記選択された励起信号を直接供給し、前記直接増幅が
    前記中央スロープ信号で実行される請求項１２記載の適
    応性光学システム。
  14. 【請求項１４】 前記供給された励起信号がアナログ信
    号である請求項１３記載の適応性光学システム。
  15. 【請求項１５】 前記異なる増幅を行う第２の複数の付
    勢装置駆動回路手段のそれぞれが前記変形可能なミラー
    手段に前記選択された励起信号を直接供給し、前記異な
    る増幅が前記中央スロープ信号と前記放射スロープ信号
    との間の差に基いて実行される請求項１２記載の適応性
    光学システム。
  16. 【請求項１６】 前記供給された励起信号がアナログ信
    号である請求項１５記載の適応性光学システム。
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US805401 1991-12-10
US07/805,401 US5229889A (en) 1991-12-10 1991-12-10 Simple adaptive optical system

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