METIS ist ein kryogenes Instrument mit dem IMAGER-Subsystem, einem LM-Band-Spektrographen und einem Wellenfrontsensor für die adaptive Optiksteuerung. Außerdem ist ein ausgeklügeltes Koronagraphen-System für Hochkontrastaufnahmen enthalten.
Die Teilsysteme sowie die gemeinsame Voroptik sind vollständig in einem Kryostaten von etwa 4 m Höhe untergebracht, um die für eine gute Leistung im mittleren Infrarotbereich erforderlichen stabilen niedrigen Temperaturen aufrechtzuerhalten. Der Kryostat befindet sich auf der ELT-Nasmyth-Plattform.
Diese Abbildung zeigt das optische Design von METIS mit einer Warmen Kalibrierungseinheit (WCU) außerhalb des Kryostaten und der Common Fore Optics (CFO), dem Single-Conjugate Adaptive Optics System (SCA), dem hochauflösenden L/M-Band-Spektrographen (LMS) und dem Imager (IMG) mit einem L/M- und N-Arm, alle innerhalb des Kryostats (CRY).
Diese Abbildung zeigt das optische Design von METIS mit einer Warmen Kalibrierungseinheit (WCU) außerhalb des Kryostaten und der Common Fore Optics (CFO), dem Single-Conjugate Adaptive Optics System (SCA), dem hochauflösenden L/M-Band-Spektrographen (LMS) und dem Imager (IMG) mit einem L/M- und N-Arm, alle innerhalb des Kryostats (CRY).
Finales Design des METIS Instruments: Der Kryostat (CRY), der von einer Warmen Haltestruktur (WSS) gehalten wird, beherbergt die wissenschaftlichen Subsysteme IMG und LMS sowie den Wellenfrontsensor (SCA) und die Voroptik (CFO). Er wird von einer Oben auf dem Kryostaten ist die Warme Kalibrierungseinheit (WCU) zu sehen. Unterhalb des Kryostaten befinden sich die (warmen) Elektronikschränke (ICS).
Finales Design des METIS Instruments: Der Kryostat (CRY), der von einer Warmen Haltestruktur (WSS) gehalten wird, beherbergt die wissenschaftlichen Subsysteme IMG und LMS sowie den Wellenfrontsensor (SCA) und die Voroptik (CFO). Er wird von einer Oben auf dem Kryostaten ist die Warme Kalibrierungseinheit (WCU) zu sehen. Unterhalb des Kryostaten befinden sich die (warmen) Elektronikschränke (ICS).
Final design of the Imager sub-system: Both cameras for LM- and N-band include three wheel mechanisms with different filters and coronagraphic masks, the camera optics and the detectors, each. In addition the collimator is included inside the Imager.
Final design of the Imager sub-system: Both cameras for LM- and N-band include three wheel mechanisms with different filters and coronagraphic masks, the camera optics and the detectors, each. In addition the collimator is included inside the Imager.
Das MPIA ist für zwei Teilsysteme verantwortlich: IMAGER und SCAO (Single-Conjugate Adaptive Optics)
Das Teilsystem IMAGER liefert beugungsbegrenzte Bilder bei 3-13 Mikrometer mit einem Sichtfeld von etwa 11 x 11″. Der Imager umfasst auch Spaltspektroskopie mit niedriger/mittlerer Auflösung sowie Koronagraphie für Hochkontrastbilder. Er besteht hauptsächlich aus einem Kollimator, einem LM-Arm (3-5 Mikrometer) mit einem Hawaii-2RG-Detektor und einem N-Arm (5-13 Mikrometer) mit einem GeoSnap-Detektor.
Finales Design des SCAO-Moduls. Der SCAO-Wellenfrontsensor ist vom Pyramidentyp. Ein erstes Pupillenbild wird auf dem Feldselektor (Field Selector) durch die Linseneinheit 1 (Lens Unit 1) und ein zweites Pupillenbild auf dem Modulator durch die Linseneinheit 2 (Lens Unit 2) erzeugt. Mit beiden Spiegeln lässt sich die Position des Feldes auf der Pyramide (Pyramid Unit) steuern. Nur ein kleines Feld wird hinter dem Feldselektor propagiert. Ein Filterrad (Filter Wheel) ermöglicht die Einstellung der Durchlassbänder und Graufilter bei sehr hellen Referenzzielen. Die nachbildende Linsengruppe 3 (Lens Unit 3) erzeugt die vier Bilder von M4 auf dem Saphira-Detektor (WFS Detector Unit), wie sie durch die Pyramide gesehen werden.
Finales Design des SCAO-Moduls. Der SCAO-Wellenfrontsensor ist vom Pyramidentyp. Ein erstes Pupillenbild wird auf dem Feldselektor (Field Selector) durch die Linseneinheit 1 (Lens Unit 1) und ein zweites Pupillenbild auf dem Modulator durch die Linseneinheit 2 (Lens Unit 2) erzeugt. Mit beiden Spiegeln lässt sich die Position des Feldes auf der Pyramide (Pyramid Unit) steuern. Nur ein kleines Feld wird hinter dem Feldselektor propagiert. Ein Filterrad (Filter Wheel) ermöglicht die Einstellung der Durchlassbänder und Graufilter bei sehr hellen Referenzzielen. Die nachbildende Linsengruppe 3 (Lens Unit 3) erzeugt die vier Bilder von M4 auf dem Saphira-Detektor (WFS Detector Unit), wie sie durch die Pyramide gesehen werden.
Die Single-Conjugate Adaptive Optics (SCAO) korrigiert atmosphärische Verzerrungen und ist daher für beugungsbegrenzte Beobachtungen mit METIS unerlässlich. Sie besteht aus einem Wellenfrontsensor, der Steuerungssoftware und dem Echtzeitcomputer (RTC). Der Wellenfrontsensor misst die gestörte einfallende Wellenfront. Sein Signal wird vom Real Time Computer verarbeitet, der seinerseits Steuersignale an den deformierbaren ELT-Spiegel M4 sendet.
Wir setzen einen neuartigen Ansatz zur Wellenfrontkontrolle ein, bei dem die Rekonstruktion der Wellenfront aus den Sensorsignalen logisch sowohl von der Projektion auf den verformbaren Spiegel als auch von der zeitlichen Filterung getrennt wird. Bei diesem Ansatz wird ein virtueller verformbarer Spiegel eingeführt, der in seiner Orientierung zum Wellenfrontsensor fix gehalten wird und als Zwischenebene dient, in welcher die Wellenfront zunächst rekonstruiert wird. In einem zweiten Schritt wird die Ausrichtung des Wellenfrontsensors (und damit des virtuellen Spiegels) auf den tatsächlichen M4 berücksichtigt, und die Wellenfront auf die entsprechenden Kommandosignale projiziert. Diese Projektion ist zeitlich veränderlich und erfordert die ständige Überwachung der Systemparameter, um die Kommandomatrix auf einem aktuellen, den Bedingungen jeweils angepassten Stand zu halten. Auf diese Weise können eine Vielzahl von Parametern (z. B. Skalierung, Rotation, Verschiebung) berücksichtigt werden, vollkommen unabhängig von fest verbauten Kompensationselementen im Strahlengang.
Schema für die METIS-Wellenfrontkontrolle unter Verwendung des deformierbaren Spiegels M4 des ELT.
