シャック・ハルトマン波面センサ

シャック・ハルトマン波面センサ（ハルトマン・シャックとも。）とは、イメージングシステムの特性を評価するための光学機器。補償光学系のとして広く使われている。

焦点距離の等しい小レンズを多数格子状に並べたレンズレット・アレイを備えている（右図参照）。それぞれのレンズレットが集光した結像点の位置を光子センサ（通常CCDアレイまたはCMOSアレイ、もしくはクワッドセル）によって検出する。センサがレンズレットの幾何学的焦点面に配置されており、光度が均一であるなら、像重心の位置は波面勾配の面積分に比例した分だけ変位する。このように波面の局所的なティルトをサンプリングすることにより、いかなる位相収差を持つ波面であっても近似的に再現することができる。ただしシャック・ハルトマンセンサが測定するのは波面の勾配のみであり、波面の不連続な段差は検出されない。

このセンサは1900年にヨハネス・ハルトマンが作ったを改良したものである。ハルトマンは多数の穴が開いたマスクを大型望遠鏡に組み込み、光学系に沿ってそれぞれの光線を追跡することで画像の品質を評価した。ローランド・シャックとベン・プラットは1960年代の後半にマスク開口部をレンズレット・アレイで置き換えた。シャックらは「ハルトマンスクリーン」という呼び名を提案していた。その基本原理はホイヘンスよりさらに古いと見られており、オーストリアのイエズス会に所属した哲学者クリストフ・シャイナーによって書き残されている。

シャック・ハルトマンセンサは天体望遠鏡や顕微鏡の補正用として、あるいは複雑な屈折異常を矯正するの事前検査用として用いられている。またプラズマ中の電子密度測定に応用された例もある。

2010年代の初め、パンプローナらは眼球レンズの収差を測定する逆シャック・ハルトマン系を開発し、特許を取得した。通常のシャック・ハルトマン系ではレンズレットがセンサ面に作る光点列の変位から波面の局所的な勾配を測定するが、逆シャック・ハルトマン系では光点列が高解像度の端末ディスプレイ（携帯電話スクリーンなど）に表示され、それをユーザがレンズレット・アレイを通して見る。ユーザは画面上の光点を操作して（すなわち目に入射する波面を調整して）、眼球内でスポットすべてを重ねる。光点のシフト量から曲率半径などの1次パラメーターが推定でき、それによってデフォーカスや球面収差による誤差を見積もることができる。

脚注

関連項目
（ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡の光学部分にはシャック・ハルトマンセンサが組み込まれている）

センサ
光学機器
観測天文学