[发明专利]反射镜镜面形状控制装置

说明书

本发明涉及在天文望远镜或激光核聚变装置等中，控制反射镜形状以提供波面整齐地反射光线的反射镜镜面形状控制装置。

大型天文望远镜的性能主要决定于采集、检测到从观测对象发出的光的多少。现在，代之原先的照相乳剂而使用在“光子检测效率即量子效率”方面优良的CCD，量子效率接近100％。因此，在量子效率方面已没有大量提高的余地，而力图在加大望远镜孔径、提高集光量方面作出努力。

但是，孔径大的大型望远镜，因大且重而变形，将其整体精度优良地制造出来存在困难。现在的反射望远镜，是通过将主镜玻璃材料作得很薄使之轻量化，并利用“能动光学技术”与“补偿光学技术”来谋求解决前述的困难。

所谓“能动光学技术”，就是利用计算机控制的支承机构能动地控制光学系统形状的技术，它能构成具有高清晰度的观测系统。

所谓“补偿光学技术”，就是对光学系统的输出光的波面进行观测，将该观察结果反馈以控制光学系统形状，使波面整齐，即得到光波相位一致的高质量光线的技术。

这些能动光学技术、补偿光学技术也用于激光核聚变装置的反射镜中，使照射在核聚变物质上的激光束集中于一点，以便确保能量强度。

反射镜的镜面形状控制装置是利用这些能动光学技术及补偿光学技术控制反射镜形状的装置。作为现有技术，有例如特开平4-372811号公报所公开的装置。

图2是表示现有的反射镜镜面形状控制装置的系统结构图。反射镜101由反射镜支承机构102支承着。波面检测器103检测反射镜101的反射光的波面畸变，输出波面畸变信息104。控制器105输入波面畸变信息104，对反射镜支承机构102带有的传动机构(应力发生部分)106输出支承机构控制信息107。传动机构106根据该支承机构控制信息107，对反射镜施加作用力，以对反射镜101的镜面形状的变形进行补偿。

控制器105有镜面位移变换部108，本征矢量值计算部109，形式位移鉴别部110及支承机构指令部111。镜面位移变换部108输入波面畸变信息104，输出有关镜面内多个点需要进行波面畸变矫正所必要的镜面位移量112。该多个点是利用有限要素法之类方法将反射镜离散模式化后的振动点的部分集合。另一方面，本征矢量值计算部109对这样的离散模式化了的振动点进行机械振动分析，算出与振动状态对应的本征矢量值113。本征矢量值113的各要素分别对应于各个振动点的振幅。形式位移鉴别部110利用最小二乘法将所要求的镜面位移量112近似变换成本征矢量值113的线性结合114。反射镜支承机构102从前述离散模式化了的振动点中选择支承反射镜的支点。支承机构指令部111对传动机构106输出实现用本征矢量值线性结合114定义的位移的支承机构控制信息107。    

控制器105可由例如电子电路构成。该电子电路是以VME总线卡之类的微处理器为基础的电子线路板组或个人计算机、工作站等计算机。

用数学式说明在控制器105中由所要求的N个镜面位移量112求线性结合114的方法。首先给出在以下说明中用的符号。(g)表示行矢量值g，(g)k为(g)的第k个元素，<g，h>是矢量g与矢量h的数量积(标量积)，[M]表示行列式M，[M]^-1为行列式M的逆行列式，[M]_ij表示[M]的第(i，j)个元素。设振动点个数为N，这些点的第1至第N个振动方式的本征矢量的线性结合114用下式表示。

(f)＝C₁·(f₁)+C₂·(f₂)+…+C_N·(f_N)    ……(1)其中，(f_K)和C_K(K＝1～N)分别为第K个振动方式的本征矢量值113及其振动方式系数。本征矢量值113的元素数等于振动点个数，为N个。另外，本征矢量值113是由本征矢量计算部109赋与的，所谓求线性结合114就是求出C_K(K＝1～N)。设第K个分量C_K的N元行矢量是形式位移矢量C。

那么，与(f)相当的测定值为所要求的镜面位移量112，设将所要求的镜面位移量112的各测定点的值作为元素的N元矢量为测定位移矢量d。这里，用测定位移矢量d求形式位移矢量C，必须确定本征矢量的线性结合114。即求满足