CN101806957B - 自适应光学系统中波前传感器与校正器对准装置 - Google Patents

Abstract

自适应光学系统中波前传感器与校正器对准装置，由波前传感器、波前记录器、波前校正器、能够平移和旋转的电控平移台、位置失配评估器、平移台控制器和计算机组成；通过计算机给波前校正器独立单元施加电压的方式标记波前校正器的位置，利用波前传感器自身的波前探测能力测量波前传感器与波前校正器之间的位置失配。光束经波前校正器反射后进入波前传感器，由波前记录器记录波前传感器探测到的波前校正器面形信息，位置失配评估器根据波前记录器记录信息计算并输出位置失配数据到平移台控制器中，最后由平移台控制器控制电控平移台完成对波前传感器的位置调整。本发明能够准确对准波前传感器与波前校正器的位置，大大提高两者对准精度和对准效率，保证自适应系统的波前控制能力。

Description

自适应光学系统中波前传感器与校正器对准装置

技术领域

本发明涉及一种自适应光学系统中波前传感器与波前校正器位置失配测量和对准系统。

背景技术

在自适应光学系统中，波前校正器和波前传感器位置需要满足光学对应关系，而波前传感器和波前校正器为两个独立的器件，二者的相对平移和旋转都将不同程度的改变这种关系，影响自适应光学系统的波前校正能力。在实际的自适应光学系统工作过程中，一旦二者位置发生失配后，我们将通过手动的方式对其进行调整，然而这种对准方法缺乏准确的对准依据，对准精度无法得到保证。同时，传统的对准方式也限制了自适应光学技术的应用领域和应用规模的扩大，如惯性约束聚变(ICF)装置中，需要多套自适应光学系统对畸变光束进行波前校正。在这种前提下，自适应光学系统的波前校正能力受到限制，人工对准波前传感器与波前校正器增加人力成本的同时，也大大降低了系统的执行效率，成为自适应光学系统大规模应用的限制，因此，有必要建立基于自适应光学系统的波前传感器和波前校正器之间位置失配的精确测量和准确对准的装置，从而实现波前传感器与波前校正器的精确自动对准，对自适应光学的发展具有重要意义。

发明内容

本发明的装置解决问题是：克服现有的人工对准自适应光学系统中波前传感器与波前校正器存在的精度低、智能化程度不高等不足，提供一种可准确测量自适应光学系统中波前传感器和波前校正器位置失配误差并实现二者精确对准的对准装置，位置误差的测量包括波前传感器与波前校正器沿水平和竖直方向的平移失配误差和波前传感器绕波前校正器中心的旋转失配误差，通过平移台控制器和电控平移台移动和旋转波前传感器位置，准确对准波前传感器与波前校正器，实现波前传感器与波前校正器智能化、精确对准的同时，提高自适应光学系统的校正能力。

本发明的技术解决方案：自适应光学系统中波前传感器与校正器对准装置，其特点在于：计算机、波前校正器、波前传感器、电控平移台、波前记录器、位置失配评估器和平移台控制器；计算机通过给波前校正器多个独立单元施加电压的方式标记波前校正器的位置，利用波前传感器自身的波前探测能力和波前记录器分别探测和记录各独立单元的标记后引起的波前面形分布或波前斜率分布，通过位置失配评估器按照(7)式或(8)式计算各标记的中心位置。

若波前探测器采用干涉仪，其探测到的标记后的波前校正器的波前面形分布设为φ(m，n)，m＝1，2，…，M，n＝1，2，…，N，(M，N)为干涉仪有效探测单元的行数和列数，φ(m，n)为第m行、第n列的相位值，则各被标记独立驱动单元的中心位置采用(7)式计算：

$x_0=\frac{\underset{m=0}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{(m,n)}{\left|\mathrm{\φ}(m,n)\right|}^k}{\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\left|\mathrm{\φ}(m,n)\right|}^k},$ $y_0=\frac{\underset{m=0}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{y}_{(m,n)}{\left|\mathrm{\φ}(m,n)\right|}^k}{\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\left|\mathrm{\φ}(m,n)\right|}^k}---\left(7\right)$

(7)式中，(x_(m，n)，y_(m，n))表示第m行、第n列位置处的坐标值，(x₀，y₀)为被标记独立驱动单元的中心位置，k为权重因子，在实际中，从测量稳定性、测量精度以及算法的抗噪能力等方面确定k的取值，通常取1～3。

若波前探测器采用哈特曼波前传感器，其探测到的标记后的波前校正器沿x方向和沿y方向的波前斜率分布分别设为g_x(c，p)，g_y(c，p)，c＝1，2，…，C，p＝1，2，…，P，(C，P)为哈特曼波前传感器有效子孔径的行数和列数，g_x(c，p)，g_y(c，p)分别为第c行、第p列沿x方向和沿y方向的斜率值，各被标记单元的中心位置采用(8)式计算：

$x_0=\frac{\underset{c=1}{\overset{C}{\mathrm{\Σ}}}\underset{p=1}{\overset{P}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{(c,p)}{\left|g_{x(c,p)}\right|}^l}{\underset{c=1}{\overset{C}{\mathrm{\Σ}}}\underset{p=1}{\overset{P}{\mathrm{\Σ}}}{\left|g_{x(c,p)}\right|}^l},$ $y_0=\frac{\underset{c=1}{\overset{C}{\mathrm{\Σ}}}\underset{p=1}{\overset{P}{\mathrm{\Σ}}}{y}_{(c,p)}{\left|g_{y(c,p)}\right|}^l}{\underset{c=1}{\overset{C}{\mathrm{\Σ}}}\underset{p=1}{\overset{P}{\mathrm{\Σ}}}{\left|g_{y(c,p)}\right|}^l}---\left(8\right)$

(8)式中，(x₀，y₀)为标记独立单元的中心位置，(x_(c，p)，y_(c，p))表示第c行、第p列位置处的坐标值，l为指数因子，在实际中，从测量稳定性、测量精度以及算法的抗噪能力等方面确定l的取值，通常取1～3。

设波前校正器被标记独立驱动单元数为n₀(n₀≥2)，第i号被标记驱动单元的理论中心位置设为(x_0i，y_0i)，1≤i≤n₀，则根据公式(7)式或公式(8)计算得到的第i号被标记驱动单元测量中心位置表示为(x_i，y_i)，1≤i≤n₀，则波前传感器与波前校正器沿水平和竖直方向的平移位置失配Δx、Δy以及波前传感器与波前校正器中心的旋转位置失配Δθ可以采用(9)式进行计算：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\Δx}=K_x-\underset{i=1}{\overset{n_0}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i/n_0\\ \mathrm{\Δy}=K_y-\underset{i=1}{\overset{n_0}{\mathrm{\Σ}}}{y}_i/n_0\\ \mathrm{\Δ\θ}=\frac{2\·\underset{k=2}{\overset{n_0}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{k-1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Δ\θ}}_{k,j}}{n_0(n_0-1)}\end{array}\right.---\left(9\right)$

(9)式中，K_x，K_y为与波前校正器被标记独立单元理论坐标位置(x_0i，y_0i)，1≤i≤n₀有关的常数，Δθ_k，j为第k个标记独立驱动单元中心位置(x_k，y_k)与第j个标记独立驱动单元中心位置(x_j，y_j)组成的直线L_kj与对应理论中心位置组成的直线L_0kj之间的夹角，它们的计算公式分别如(10)式所示：

$\left\{\begin{array}{c}{K}_x=\underset{i=1}{\overset{n_0}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{0i}/n_0\\ K_y=\underset{i=1}{\overset{n_0}{\mathrm{\Σ}}}{y}_{0i}/n_0\\ \mathrm{\Δ}{\mathrm{\θ}}_{k,j}=\arctan \left[\frac{(y_{0j}-y_{0k})(x_j-x_k)-(y_j-y_k)(x_{0j}-x_{0k})}{(x_{0j}-x_{0k})(x_j-x_k)+(y_{0j}-y_{0k})(y_j-y_k)}\right]\end{array}\right.---\left(10\right)$

最终，位置失配评估器计算出波前传感器与波前校正器位置失配评估指标，即波前传感器与波前校正器沿水平方向平移位置失配Δx、沿竖直方向平移位置失配Δy和波前传感器绕波前校正器中心旋转失配Δθ；位置失配评估器将所述的位置失配数据输出到平移台控制器中，最后由平移台控制器发送平移和旋转命令控制平移和旋转相对独立的电控平移台对波前传感器进行位置调整，实现波前传感器与波前校正器的精确智能对准，达到提高自适应光学系统波前校正能力的目的。

所述的平移台控制器可以根据电动平移台的机械结构特征进行算法解耦，并一次性完成对平移台的控制，实现波前传感器和波前校正器的精确对准；也可以将位置失配评估器输出的位置失配数据反馈到平移台控制器中对波前传感器进行闭环控制，使波前传感器与波前校正器逐步实现对准。

所述的平移台控制器可以根据电动平移台的机械结构特征进算法解耦的过程为(11)式所示算法：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\Δ\θ}}^{\′}=\mathrm{\Δ\θ}\\ {\mathrm{\Δx}}^{\′}=\mathrm{\Δx}-x_c[1-\cos \left(\mathrm{\Δ\θ}\right)]-y_c\sin \left(\mathrm{\Δ\θ}\right)\\ {\mathrm{\Δy}}^{\′}=\mathrm{\Δy}-x_c[1-\sin \left(\mathrm{\Δ\θ}\right)]+y_c\cos \left(\mathrm{\Δ\θ}\right)\end{array}\right.---\left(11\right)$

其中，Δθ、Δx、Δy分别为波前传感器绕波前校正器中心旋转失配误差、波前传感器与波前校正器沿水平和竖直方向平移失配误差；(x_c，y_c)为波前传感器与波前校正器理想对准情况下调整机构旋转中心位置坐标；Δθ′、Δx′、Δy′分别为解耦后调整机构旋转角度、沿水平和竖直方向平移调整量。

所述的波前传感器与波前校正器闭环对准过程为：位置失配评估器将位置失配数据反馈到平移台控制器中，平移台控制器评估该位置失配大小是否满足精度要求，如果满足精度要求则停止波前传感器的位置调整，否则根据位置失配数据继续控制电控平移台调整波前传感器的位置，形成波前传感器和波前校正器位置的闭环控制，逐步实现波前传感器与波前校正器的准确对准，判决条件如(12)式表示：

(12)式中，Δx、Δy和Δθ分别为波前传感器与波前校正器沿水平、竖直方向的平移位置失配以及波前传感器绕波前校正器中心旋转位置失配，α、β、

分别表示自适应光学系统对波前传感器和波前校正器沿水平、竖直方向的平移失配调整的精度要求和波前传感器绕波前校正器中心旋转位置失配的精度要求。

所述的波前传感器为哈特曼波前传感器或干涉仪。

所述的波前校正器为独立单元连续表面变形镜、或独立单元分立表面变形镜、或液晶校正器。

所述的波前记录器和位置失配评估器可以采用单独的计算机实现，也可以集成在工控计算机中。

所述的波前校正器采用PZT、或PMN、或液晶材料制成。

本发明与现有技术相比有如下优点：

(1)本发明采用在波前校正器上做标记的方法，利用波前传感器自身的波前探测能力，充分利用了自适应光学系统现有系统设备，波前记录器和位置失配评估器也容易集成到现有的计算机系统中，无需增加额外的光学设备。

(2)本发明采用了在波前校正器上做标记的方法标记波前校正器位置，

并以此计算波前传感器与波前校正器位置失配误差，测量结果具有客观性，提高波前传感器与波前校正器位置失配误差测量的精确度。

(3)本发明采用数据采集、处理和控制于一体的对准装置，系统可以在无人值守的情况下智能化运行，在保证波前传感器与波前校正器对准精度的同时，提高了对准效率，也便于自适应光学系统与母系统的集成，使自适应光学系统的大规模应用成为可能。

(4)本发明可以采用闭环控制的方法，能在没有电动平移台详细参数、或电控平移台的平移和旋转精度不高的条件下，根据波前传感器的反馈数据逐步控制电控平移台，达到对准波前传感器和波前校正器的目的，降低对电控平移台的设计要求。

(5)本发明算法简单，无需经过复杂的运算，对系统资源要求不高。

附图说明

图1为本发明的原理示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明实施例包括计算机1、波前校正器2(采用独立单元连续表面变形镜、或独立单元分立表面变形镜、或液晶校正器)、波前传感器3(采用哈特曼波前传感器或干涉仪)、电控平移台4、波前记录器5、位置失配评估器6和平移台控制器7；计算机通过给波前校正器中的多个独立驱动单元施加电压方式标记波前校正器的位置，波前传感器探测到波前校正器中各独立驱动单元被标记后引起的波前面形分布或波前斜率分布，通过波前记录器记录后送位置失配评估器，位置失配评估器按照下述公式(13)或公式(14)计算出波前校正器中各被标记的独立驱动单元的中心位置；

若波前探测器采用干涉仪，其探测到的标记后的波前校正器的波前面形分布设为φ(m，n)，m＝1，2，…，M，n＝1，2，…，N，(M，N)为干涉仪有效探测单元的行数和列数，φ(m，n)为第m行、第n列的相位值，则各被标记单元的中心位置采用(13)式计算：

$x_0=\frac{\underset{m=0}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{(m,n)}{\left|\mathrm{\φ}(m,n)\right|}^k}{\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\left|\mathrm{\φ}(m,n)\right|}^k},$ $y_0=\frac{\underset{m=0}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{y}_{(m,n)}{\left|\mathrm{\φ}(m,n)\right|}^k}{\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\left|\mathrm{\φ}(m,n)\right|}^k}---\left(13\right)$

(13)式中，(x_(m，n)，y_(m，n))表示第m行、第n列位置处的坐标值，(x₀，y₀)为被标记独立单元的中心位置，k为权重因子，在实际中，从测量稳定性、测量精度以及算法的抗噪能力等方面确定k的取值，通常取1~3。

若波前探测器采用哈特曼波前传感器，其探测到的标记后的波前校正器沿x方向和沿y方向的波前斜率分布分别设为g_x(c，p)，g_y(c，p)，c＝1，2，…，C，p＝1，2，…，P，(C，P)为哈特曼波前传感器有效子孔径的行数和列数，g_x(c，p)，g_y(c，p)分别为第c行、第p列沿x方向和沿y方向的斜率值，各被标记单元的中心位置采用(14)式计算：

$x_0=\frac{\underset{c=1}{\overset{C}{\mathrm{\Σ}}}\underset{p=1}{\overset{P}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{(c,p)}{\left|g_{x(c,p)}\right|}^l}{\underset{c=1}{\overset{C}{\mathrm{\Σ}}}\underset{p=1}{\overset{P}{\mathrm{\Σ}}}{\left|g_{x(c,p)}\right|}^l},$ $y_0=\frac{\underset{c=1}{\overset{C}{\mathrm{\Σ}}}\underset{p=1}{\overset{P}{\mathrm{\Σ}}}{y}_{(c,p)}{\left|g_{y(c,p)}\right|}^l}{\underset{c=1}{\overset{C}{\mathrm{\Σ}}}\underset{p=1}{\overset{P}{\mathrm{\Σ}}}{\left|g_{y(c,p)}\right|}^l}---\left(14\right)$

(14)式中，(x₀，y₀)为标记独立单元的中心位置，(x_(c，p)，y_(c，p))表示第c行、第p列位置处的坐标值，l为指数因子，在实际中，从测量稳定性、测量精度以及算法的抗噪能力等方面确定l的取值，通常取1~3。

设波前校正器被标记单元数为n₀(n₀≥2)，根据(13)式或(14)式计算得到的各标记驱动单元中心位置分别表示为(x_i，y_i)，1≤i≤n₀，各标记驱动单元的理论中心位置设为(x_0i，y_0i)，1≤i≤n₀，则波前传感器与波前校正器沿水平和竖直方向的平移位置失配Δx、Δy以及波前传感器与波前校正器中心的旋转位置失配Δθ可以采用(15)式进行计算：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\Δx}=K_x-\underset{i=1}{\overset{n_0}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i/n_0\\ \mathrm{\Δy}=K_y-\underset{i=1}{\overset{n_0}{\mathrm{\Σ}}}{y}_i/n_0\\ \mathrm{\Δ\θ}=\frac{2\·\underset{k=2}{\overset{n_0}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{k-1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Δ\θ}}_{k,j}}{n_0(n_0-1)}\end{array}\right.---\left(15\right)$

(15)式中，K_x，K_y为与波前校正器被标记独立单元理论坐标位置(x_0i，y_0i)，1≤i≤n₀有关的常数，Δθ_k，j为第k个标记驱动器中心位置(x_k，y_k)与第j个标记驱动器中心位置(x_i，y_i)组成的直线L_kj与对应理论中心位置组成的直线L_0kj之间的夹角，它们的计算公式分别如(16)式所示：

$\left\{\begin{array}{c}{K}_x=\underset{i=1}{\overset{n_0}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{0i}/n_0\\ K_y=\underset{i=1}{\overset{n_0}{\mathrm{\Σ}}}{y}_{0i}/n_0\\ \mathrm{\Δ}{\mathrm{\θ}}_{k,j}=\arctan \left[\frac{(y_{0j}-y_{0k})(x_j-x_k)-(y_j-y_k)(x_{0j}-x_{0k})}{(x_{0j}-x_{0k})(x_j-x_k)+(y_{0j}-y_{0k})(y_j-y_k)}\right]\end{array}\right.---\left(16\right)$

最终，位置失配评估器6输出波前传感器3与波前校正器2位置失配评估指标：波前传感器与波前校正器沿水平方向平移位置失配Δx、沿竖直方向平移位置失配Δy和波前传感器绕波前校正器中心旋转失配Δθ。位置失配评估器6将位置失配数据输出到平移台控制器7中，平移台控制器7根据电控平移台4的结构特征进行算法解耦，如(17)式所示：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\Δ\θ}}^{\′}=\mathrm{\Δ\θ}\\ {\mathrm{\Δx}}^{\′}=\mathrm{\Δx}-x_c[1-\cos \left(\mathrm{\Δ\θ}\right)]-y_c\sin \left(\mathrm{\Δ\θ}\right)\\ {\mathrm{\Δy}}^{\′}=\mathrm{\Δy}-x_c[1-\sin \left(\mathrm{\Δ\θ}\right)]+y_c\cos \left(\mathrm{\Δ\θ}\right)\end{array}\right.---\left(17\right)$

其中，Δθ、Δx、Δy分别为波前传感器绕波前校正器中心旋转失配误差、波前传感器与波前校正器沿水平和竖直方向平移失配误差；(x_c，y_c)为波前传感器与波前校正器理想对准情况下调整机构旋转中心位置坐标；Δθ′、Δx′、Δy′分别为解耦后调整机构旋转角度、沿水平和竖直方向平移调整量。

最后由平移台控制器7发送平移和旋转命令一次性完成波前传感器的位置调整，实现波前传感器与波前校正器的精确、智能对准，达到提高自适应光学系统波前校正能力的目的。

为了降低对准系统对电控平移台4的结构参数和调整精度要求，位置失配评估器6将位置失配数据反馈到平移台控制器7中，平移台控制器7评估该位置失配大小是否满足精度要求，如果满足精度要求则停止波前传感器3的位置调整，否则根据位置失配数据继续控制电控平移台4调整波前传感器3的位置，形成波前传感器3和波前校正器2位置的闭环调整，逐步实现波前传感器3与波前校正器2的准确对准。判决条件如(18)式表示：

(18)式中，Δx、Δy和Δθ分别为波前传感器与波前校正器沿水平、竖直方向的平移位置失配以及波前传感器绕波前校正器中心旋转位置失配，α、β、

分别表示自适应光学系统对波前传感器和波前校正器沿水平、竖直方向的平移失配调整的精度要求和波前传感器绕波前校正器中心旋转位置失配的精度要求，其值大小与自适应光学系统的系统结构、光路中像差大小和像差类型有关，可以事先计算得到，具体做法参考文献“两种自适应光学系统中哈特曼波前传感器与变形镜的对准误差”，光学学报，2003(6)：750-755。

在方案实际实施中，由于位置失配评估器6需要根据波前校正器2被标记独立单元加电压后引起的波前面形分布或波前斜率分布来计算波前校正器2与波前传感器之间的位置失配，因此，波前传感器需能够测量镜面面形分布或斜率分布，通常使用哈特曼波前传感器或干涉仪；而标记波前校正器位置需要独立单元，因此在实际中常采用独立单元分离表面变形镜、或独立单元连续表面变形镜、或液晶校正器，材料通常为PZT、或PMN、或液晶。

本发明能够准确对准波前传感器与波前校正器的位置，大大提高两者对准精度和对准效率，保证自适应系统的波前控制能力，对于自适应光学技术应用领域和规模的扩大具有重要意义。

本发明未详细阐述的部分属于本领域公知技术。

Claims (8)

1.自适应光学系统中波前传感器与校正器对准装置，其特征在于包括：计算机、波前校正器、波前传感器、电控平移台、波前记录器、位置失配评估器和平移台控制器；计算机通过给波前校正器中的多个独立驱动单元施加电压方式标记波前校正器的位置，波前传感器探测到波前校正器中各独立驱动单元被标记后引起的波前面形分布或波前斜率分布，通过波前记录器记录后送位置失配评估器，位置失配评估器按照下述公式(1)或公式(2)计算出波前校正器中各被标记的独立驱动单元的中心位置；

若波前探测器采用干涉仪，干涉仪探测到的标记后的波前校正器的波前面形分布设为φ(m，n)，m＝1，2，…，M，n＝1，2，…，N，(M，N)为干涉仪有效探测单元的行数和列数，φ(m，n)为第m行、第n列的相位值，则各被标记独立驱动单元的中心位置采用(1)式计算：

$x_0=\frac{\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{(m,n)}{\left|\mathrm{\φ}(m,n)\right|}^k}{\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\left|\mathrm{\φ}(m,n)\right|}^k},$ $y_0=\frac{\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{y}_{(m,n)}{\left|\mathrm{\φ}(m,n)\right|}^k}{\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\left|\mathrm{\φ}(m,n)\right|}^k}---\left(1\right)$

(1)式中，(x_(m，n)，y_(m，n))表示第m行、第n列位置处的坐标值，(x₀，y₀)为被标记的独立驱动单元的中心位置，k为权重因子；

若波前探测器采用哈特曼波前传感器，哈特曼波前传感器探测到的标记后的波前校正器沿x方向和沿y方向的波前斜率分布分别为g_x(c，p)，g_y(x，p)，c＝1，2，…，C，p＝1，2，…，P，(C，P)为哈特曼波前传感器有效子孔径的行数和列数，g_x(c，p)，g_y(c，p)分别为第c行、第p列沿x方向和沿y方向的斜率值，各被标记的独立驱动单元的中心位置采用(2)式计算：

$x_0=\frac{\underset{c=1}{\overset{C}{\mathrm{\Σ}}}\underset{p=1}{\overset{P}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{(c,p)}{\left|g_{x(c,p)}\right|}^l}{\underset{c=1}{\overset{C}{\mathrm{\Σ}}}\underset{p=1}{\overset{P}{\mathrm{\Σ}}}{\left|g_{x(c,p)}\right|}^l},$ $y_0=\frac{\underset{c=1}{\overset{C}{\mathrm{\Σ}}}\underset{p=1}{\overset{P}{\mathrm{\Σ}}}{y}_{(c,p)}{\left|g_{y(c,p)}\right|}^l}{\underset{c=1}{\overset{C}{\mathrm{\Σ}}}\underset{p=1}{\overset{P}{\mathrm{\Σ}}}{\left|g_{y(c,p)}\right|}^l}---\left(2\right)$

(2)式中，(x₀，y₀)为被标记独立驱动单元的中心位置，(x_(c，p)，y_(c，p))表示第c行、第p列位置处的坐标值，l为指数因子；

设波前校正器被标记独立驱动单元数为n₀(n₀≥2)，第i号被标记驱动单元的理论中心位置设为(x_0i，y_0i)1≤i≤n₀，而根据公式(1)式或公式(2)计算得到的第i号被标记驱动单元测量中心位置表示为(x_i，y_i)，1≤i≤n₀，则波前传感器(3)与波前校正器(1)沿水平和竖直方向的平移位置失配Δx、Δy以及波前传感器与波前校正器中心的旋转位置失配Δθ采用(3)式进行计算：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\Δx}=K_x-\underset{i=1}{\overset{n_0}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i/n_0\\ \mathrm{\Δy}=K_y-\underset{i=1}{\overset{n_0}{\mathrm{\Σ}}}{y}_i/n_0\\ \mathrm{\Δ\θ}=\frac{2\underset{k=2}{\overset{n_0}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{k-1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Δ\θ}}_{k,j}}{n_0(n_0-1)}\end{array}\right.---\left(3\right)$

(3)式中，K_x，K_y为与波前校正器被标记独立单元理论坐标位置(x_0i，y_0i)，1≤i≤n₀有关的常数，Δθ_k，j为第k个标记独立驱动单元中心位置(x_k，y_k)与第j个标记独立驱动单元中心位置(x_j，y_k)组成的直线L_kj与对应理论中心(x_k，y_k)位置组成的直线L_0kj之间的夹角，K_x，K_y与Δθ_k，j的计算公式分别如(4)式所示：

$\left\{\begin{array}{c}{K}_x=\underset{i=1}{\overset{n_0}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{0i}/n_0\\ K_y=\underset{i=1}{\overset{n_0}{\mathrm{\Σ}}}{y}_{0i}/n_0\\ {\mathrm{\Δ\θ}}_{k,j}=\arctan \left[\frac{(y_{0j}-y_{0k})(x_j-x_k)-(y_j-y_k)(x_0-x_{0k})}{(x_{0j}-x_{0k})(x_j-x_k)+(y_{0j}-y_{0k})(y_j-y_k)}\right]\end{array}\right.---\left(4\right)$

最终，位置失配评估器计算出波前传感器与波前校正器位置失配评估指标，即波前传感器与波前校正器沿水平方向平移位置失配Δx、沿竖直方向平移位置失配Δy和波前传感器绕波前校正器中心旋转失配Δθ；位置失配评估器将所述的位置失配数据输出到平移台控制器中，最后由平移台控制器发送平移和旋转命令控制平移和旋转相对独立的电控平移台对波前传感器进行位置调整，实现波前传感器与波前校正器的精确智能对准，达到提高自适应光学系统波前校正能力的目的。

2.根据权利要求1所述的自适应光学系统中波前传感器与校正器对准装置，其特征在于：所述的平移台控制器可以根据电动平移台的机械结构特征进行算法解耦，并一次性完成对平移台的控制，实现波前传感器和波前校正器的精确对准；也可以将位置失配评估器输出的位置失配数据反馈到平移台控制器中对波前传感器进行闭环控制，使波前传感器与波前校正器逐步实现对准。

3.根据权利要求2所述的自适应光学系统中波前传感器与校正器对准装置，其特征在于：所述的平移台控制器根据电动平移台的机械结构特征进行解耦的算法为(5)式所示算法：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\Δ\θ}}^{\′}=\mathrm{\Δ\θ}\\ {\mathrm{\Δx}}^{\′}=\mathrm{\Δx}-x_c[1-\cos \left(\mathrm{\Δ\θ}\right)]-y_c\sin \left(\mathrm{\Δ\θ}\right)\\ {\mathrm{\Δy}}^{\′}=\mathrm{\Δy}-x_c[1-\sin \left(\mathrm{\Δ\θ}\right)]+y_c\cos \left(\mathrm{\Δ\θ}\right)\end{array}\right.---\left(5\right)$

其中，Δθ、Δx、Δy分别为波前传感器绕波前校正器中心旋转失配误差、波前传感器与波前校正器沿水平和竖直方向平移失配误差；(x_c，y_c)为波前传感器与波前校正器理想对准情况下调整机构旋转中心位置坐标；Δθ′、Δx′、Δy′分别为解耦后调整机构旋转角度、沿水平和竖直方向平移调整量。

4.根据利要求2所述的自适应光学系统中波前传感器与校正器对准装置，其特征在于：所述的波前传感器与波前校正器闭环对准过程为：位置失配评估器将位置失配数据反馈到平移台控制器中，平移台控制器评估该位置失配大小是否满足精度要求，如果满足精度要求则停止波前传感器的位置调整，否则根据位置失配数据继续控制电控平移台调整波前传感器的位置，形成波前传感器和波前校正器位置的闭环控制，逐步实现波前传感器与波前校正器的准确对准，判决条件如(6)式表示：

(6)式中，Δx、Δy和Δθ分别为波前传感器与波前校正器沿水平、竖直方向的平移位置失配以及波前传感器绕波前校正器中心旋转位置失配，α、β、

分别表示自适应光学系统对波前传感器和波前校正器沿水平、竖直方向的平移失配调整的精度要求和波前传感器绕波前校正器中心旋转位置失配的精度要求。

5.根据权利要求1所述的自适应光学系统中波前传感器与校正器对准装置，其特征在于：所述的波前传感器为哈特曼波前传感器或干涉仪。

6.根据权利要求1所述的自适应光学系统中波前传感器与校正器对准装置，其特征在于：所述的波前校正器为独立单元连续表面变形镜、或独立单元分立表面变形镜、或液晶校正器。

7.根据权利要求1所述的自适应光学系统中波前传感器与校正器对准装置，其特征在于：所述的波前记录器和位置失配评估器可以采用单独的计算机实现，也可以集成在工控计算机中。

8.根据权利要求1所述的自适应光学系统中波前传感器与校正器对准装置，其特征在于：所述的波前校正器采用PZT、或PMN、或液晶材料制成。

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