補償光学を用いた太陽観測

補償光学を用いた太陽観測 Observe the Sun Using Adaptive Optics

太陽観測

・天体望遠鏡にて観測(Using astronomical telescope)

太陽 Sun

補償装置 Astronomical telescope

太陽観測

・観測像に劣化が生じる(Deterioration occurs)

太陽 Sun


観測像 Observation image

太陽観測

・観測像に劣化が生じる(Deterioration occurs)

太陽 Sun



大気（Atmosphere）

太陽観測

・回折限界を満たす観測像が欲しい

(Image which meets diffraction limited lens)

太陽 Sun



大気（Atmosphere）

太陽観測

・観測像の劣化の回復を行う→補償光学

(Recovery of the deterioration is Adaprive Optics)

大気（Atmosphere）太陽 Sun


補償装置 AO Device


補正像 Correction image

補償光学

補償光学の流れ（Proccess of Adaptive Optics）

Telescope

Deformable mirror

Wild wave front

Corrected wave front

Control System AO System

Wave front Sensor

Observation machine

補償光学


乱れた波面を測定 Mesure disorder

Telescope

Deformable mirror

Wild wave front



Wave front Sensor

Observation machine

補償光学



可変形鏡を変形 Deform a mirror

Telescope

Deformable mirror

Wild wave front



Wave front Sensor

Observation machine

補償光学



可変形鏡を変形 Deform a mirror

補正された像を観測 Gain a image

Telescope

Deformable mirror

Wild wave front



Wave front Sensor

Observation machine

装置概略

太陽観測用AO装置概略図（AO system image）

可変形鏡 Deformable Mirror

波面補償制御 Wave fronts Control

観測カメラ Observation

camera

波面センサ Wave fronts Sensor

望遠鏡からの光

Tip-tilt鏡 Tip-tilt mirror

Light from telescope

Tip-tilt制御 Tip-tilt control

位置ずれ検出カメラ Position detection

camera

可変形鏡

・鏡面の裏に格子状のアクチュエータ

電圧をかけることで凹凸に鏡面が変化

Mirror surface changes by voltage

可変形鏡イメージ Deformable mirror image

可変形鏡

・鏡面の裏に格子状のアクチュエータ

電圧をかけることで凹凸に鏡面が変化

Mirror surface changes by voltage

・波面センサからの画像で付与する電圧を計算 Voltage is calculated with image from Wave fronts sensor

可変形鏡イメージ Deformable mirror image

波面センサ

・シャック-ハルトマンの波面センサを利用

Use Shack-Hartmann wave fronts sensor

・多くのレンズの結像位置から波面の形状を計算

Wave fronts surface is calculated by micro lens array

波面センサ

・シャック-ハルトマンの波面センサを利用

Use Shack-Hartmann wave fronts sensor

・多くのレンズの結像位置から波面の形状を計算

Wave fronts surface is calculated by micro lens array

乱れた波面

Wild wave fronts

通常の波面

Normal wave fronts

画像補正

波面センサー観測像

Wave fronts sensor image

基準像

基準像

Standard image

対象像

Object image 対象像

yxr , yxi ,N

a

b

N

x

N

y

yxrbyaxibad1 1

,,1

,相互相関 Cross-correlation

画像補正

・計算した波面をゼルニケ多項式で復元

Show zernike multinomial expression

J

jjj rZayx

1

,, ：係数

Coefficient ja ：極座標

Polar coordinates

,r

ゼルニケ多項式による波面

Wave fronts form zernike multinomial expression

画像補正

・可変型鏡に与える電圧値の計算

Calculation voltage for deformable mirror 各サブイメージの位置 (xk, yk) での偏微分計算

kykxkkx

rZa

x

yx jJ

jj

yx,

,,

1,

kykxkky

rZa

y

yx jJ

jj

yx ,

,,

1,

(2k)-列ベクトル

2k - column vector

J-列ベクトル

J – collumn vector

(2k)×J - 行列

2k × J - matrix

Wag

波面センサーで計測される位置ずれ

画像補正

・補償光学を用いた太陽の観測

Observation the Sun using AO

AO非使用時 Without AO

AO使用時 With AO

顕微鏡への応用

・太陽の観測から細胞の観測へ

Cell observation

・観測像の劣化要因の共通点

Common points of Deterioration

大気のゆらぎ

⇔細胞壁、葉緑体

A B

観測される細胞像

Cell image

おわり

補償光学を用いた太陽観測

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