補償ほしょう光学こうがく

補償ほしょう光学こうがく（ほしょうこうがく、英えい: Adaptive Optics（適応てきおう光学こうがく^{[注釈ちゅうしゃく 1]}））は、宇宙うちゅうから地球ちきゅうを撮影さつえいしたり、地球ちきゅうから宇宙うちゅうを撮影さつえいしたりするときに問題もんだいとなる大気たいきの揺ゆらぎを解決かいけつするために開発かいはつされた光学こうがく技術ぎじゅつである。その構成こうせいから「波面はめん補償ほしょう光学こうがく」といった言いわれかたもしている。

宇宙うちゅう望遠鏡ぼうえんきょうに頼たよることなく望遠鏡ぼうえんきょうの回折かいせつ限界げんかいまでの高こう精度せいどな観測かんそくが可能かのうになるため、惑星わくせいや小惑星しょうわくせいなどの観測かんそくに用もちいられて衛星えいせいの発見はっけんなど新あらたな発見はっけんがもたらされた。

概要がいよう

補償ほしょう光学こうがくは、大気たいきの揺ゆらぎ等とうによって生しょうじる星ほし像ぞうの乱みだれ^{[注釈ちゅうしゃく 2]}を、波面はめんセンサーで捉とらえて、電子でんし制御せいぎょ回路かいろを経へて、可か変形へんけい鏡きょうを変形へんけいさせることによって、対象たいしょうとなる天体てんたいや物体ぶったいの像ぞうを正確せいかくに捉とらえるための技術ぎじゅつである。工学こうがく的てきには、エレクトロニクスにおける位相いそう同期どうき回路かいろ（フェーズ・ロック・ループ、PLL）と同様どうような原理げんりに基もとづくものであり、天文てんもん科学かがく分野ぶんやでは32素子そしの波面はめんセンサーと可か変形へんけい鏡きょうを用もちいたリアルタイム・補償ほしょう光学こうがくが実用じつよう化かされている。

現在げんざいでは波長はちょうの問題もんだいから主おもに赤外線せきがいせんによる観測かんそくで用もちいられているが、2012年ねんに日本にっぽんの国立こくりつ天文台てんもんだいなどの研究けんきゅうチームがすばる望遠鏡ぼうえんきょうの高性能こうせいのう補償ほしょう光学こうがく装置そうちにより可視かし光線こうせんで成功せいこうし^[1]、さらなる観測かんそく精度せいどの向上こうじょうが期待きたいされている。

当初とうしょはアメリカ合衆国あめりかがっしゅうこくが他国たこくの軍事ぐんじ用ようの偵察ていさつ衛星えいせいの形状けいじょう観測かんそくのために開発かいはつし、1989年ねん2月がつに完成かんせいした。開発かいはつに携たずさわったウィリアム・ハッパーたちの働はたらきかけにより1991年ねん5月がつのアメリカ天文てんもん学会がっかいで初はじめて一般いっぱんに公開こうかいされ、広ひろく研究けんきゅうされ、また応用おうようされるようになった。

技術ぎじゅつ的てき説明せつめい

このシステムは、波面はめんセンサーと可か変形へんけい鏡きょう、それを制御せいぎょする位相いそう制御せいぎょ計算けいさん機きによる位相いそう補償ほしょうが行おこなわれる。波面はめんセンサーは、シャックハルトマンセンサーと曲きょく率りつセンサーが代表だいひょう的てきなものである。シャックハルトマンセンサーは、細こまかなレンズアレイによって、像ぞうのずれを測定そくていするものであり、最もっとも一般いっぱん的てきな方式ほうしきである。曲きょく率りつセンサーは、センサー本体ほんたいの移動いどうによって、光ひかり強度きょうど変化へんかを捉とらえて波動はどう干渉かんしょうによる波面はめんの状態じょうたいを捉とらえるものである。

これらのセンサーが捉とらえた情報じょうほうを元もとに位相いそう制御せいぎょ計算けいさん機きによって、可か変形へんけい鏡きょうを制御せいぎょするための制御せいぎょ信号しんごうベクトル（電圧でんあつ）を作つくり出だす。基本きほん的てきには、隣接りんせつするセンサー群ぐんのマトリックス（行列ぎょうれつ)演算えんざんによるものであり、さほど高度こうどな技術ぎじゅつは必要ひつようとされない。

この信号しんごうによって制御せいぎょされるアクチュエーターの微小びしょうな運動うんどうによって可か変形へんけい鏡きょうが変形へんけいし、光ひかり路ろに導みちびかれた星ほし像ぞうの位相いそう補償ほしょうが行おこなわれる。

能動のうどう光学こうがく

詳細しょうさいは「能動のうどう光学こうがく」を参照さんしょう

ケック望遠鏡ぼうえんきょうの分割ぶんかつミラーを一いち点てんの焦点しょうてんにあわせるための光学こうがく技術ぎじゅつ
すばる望遠鏡ぼうえんきょうの主おも鏡きょうが重力じゅうりょくによって変形へんけいするため、それを放ひ物もの面めんに保たもつための光学こうがく技術ぎじゅつ
野辺山のべやま宇宙うちゅう電波でんぱ観測かんそく所しょの45mミリ波は望遠鏡ぼうえんきょうの主おも鏡きょうが重力じゅうりょくによって変形へんけいするため、それを放ひ物もの面めんに保たもつためのホモロガス変形法へんけいほう
反射はんしゃ式しき天体てんたい望遠鏡ぼうえんきょうの主おも鏡きょうを支持しじするための多た点てん支持しじ装置そうち

これらの基本きほんは、静的せいてきサポート（Static Support)と能動のうどうサポート(Active Support)に区分くぶんされるが、具体ぐたい的てきに上うえの例れいを分類ぶんるいすれば、ケック望遠鏡ぼうえんきょうとすばる望遠鏡ぼうえんきょうの場合ばあいには、能動のうどうサポートによる補償ほしょう光学こうがく技術ぎじゅつによって、主しゅ鏡面きょうめんの精度せいどを保たもち、回折かいせつ限界げんかいを目指めざした設計せっけいが行おこなわれている。理由りゆうとしては、大だい口径こうけいの主おも鏡きょうともなれば、その重量じゅうりょうによって、主おも鏡きょうの位置いちによっては放ひ物もの面めんが維持いじされず、主おも鏡きょうの異ことなる位置いちで反はんした光ひかりが焦点しょうてんにおいて一いち点てんに収束しゅうそくずに分散ぶんさんしてしまうのを補正ほせいする必要ひつようがあることによる。野辺山のべやま宇宙うちゅう電波でんぱ観測かんそく所しょの45mミリ波は望遠鏡ぼうえんきょうおよび、反射はんしゃ式しき望遠鏡ぼうえんきょうの主おも鏡きょうを支持しじするための多た点てん支持しじ装置そうちは、静的せいてきサポートに分類ぶんるいされる。ただし、45mミリ波は望遠鏡ぼうえんきょうの場合ばあいには、重力じゅうりょくによる主おも鏡きょうの変形へんけいを積極せっきょく的てきに活用かつようすることによって、主しゅ鏡面きょうめんと副ふく鏡面きょうめんとの間あいだで焦点しょうてんが保たもたれる工夫くふうがなされている。
能動のうどうサポートを利用りようしている望遠鏡ぼうえんきょうは、波長はちょうがあまりにも短みじかいため、主おも鏡きょうのほんの僅わずかな歪ゆがみが、その性能せいのうに著いちじるしく影響えいきょうを与あたえる場合ばあいに活用かつようされていると言いえる。それに対たいして、静的せいてきサポートの場合ばあいには、ある程度ていどの許容きょようできる範囲はんい、もしくは重量じゅうりょう物ぶつを支ささえることによって、鏡面きょうめんのメンテナンスや自然しぜんの力ちからを利用りようした支持しじ装置そうちであると言いえるのである。

その他た

非線形ひせんけい光学こうがく結晶けっしょうを用もちいた「位相いそう共役きょうやく鏡きょう」を利用りようした補償ほしょう光学こうがくによる、天文てんもん観測かんそくの性能せいのう向上こうじょうについても研究けんきゅうされている。

脚注きゃくちゅう

[脚注きゃくちゅうの使つかい方かた]

注釈ちゅうしゃく

^ 理工りこう学がくでは一般いっぱんに「補償ほしょう」の語かたりはcompensationの訳わけだが、この分野ぶんやではadaptiveに「補償ほしょう」の語かたりを当あてている（こともある）。
^ シンチレーション現象げんしょう

出典しゅってん

^ 可視かし光こうでクリアに観測かんそく　国立こくりつ天文台てんもんだいなどが技術ぎじゅつ開発かいはつ、アストロアーツ、2012年ねん 5月17日にち、6月11日にち閲覧えつらん

参考さんこう文献ぶんけん

日本にっぽん天文てんもん学会がっかい(編へん), シリーズ「現代げんだいの天文学てんもんがく」第だい15巻かん -宇宙うちゅうの観測かんそくⅠ -光ひかり・赤あか外がい天文学てんもんがく第だい7章しょう, 日本にっぽん評論ひょうろん社しゃ, 2007.7

外部がいぶリンク

[1] 理工りこう学がくでは一般いっぱんに「補償ほしょう」の語かたりはcompensationの訳わけだが、この分野ぶんやではadaptiveに「補償ほしょう」の語かたりを当あてている（こともある）。

[2] シンチレーション現象げんしょう

[3] 可視かし光こうでクリアに観測かんそく　国立こくりつ天文台てんもんだいなどが技術ぎじゅつ開発かいはつ、アストロアーツ、2012年ねん 5月17日にち、6月11日にち閲覧えつらん

[注釈ちゅうしゃく 1]

[注釈ちゅうしゃく 2]

[1]