[发明专利]一种基于子孔径分割的光路耦合对准装置及对准方法

权利要求书

1.一种基于子孔径分割的光路耦合对准装置，其特征在于包括：第一倾斜镜（1）、第二倾斜镜（2）、一个基于子孔径分割的传感器（3）、驱动控制单元（4）、分光镜（5）、第一平台（8）、第二平台（9）、第一光学系统（6）和第二光学系统（7）；所述第一倾斜镜（1）和第一光学系统（6）位于第一平台（8）上；所述第二倾斜镜（2）、一个基于子孔径分割的传感器（3）、驱动控制单元（4）、分光镜（5）和第二光学系统（7）位于第二平台（9）上；光源在第一平台（8）上的第一光学系统（6）上；从第一光学系统（6）发射的光束分别经过第一倾斜镜（1）、第二倾斜镜（2）、分光镜（5）的传输进入基于子孔径分割的传感器（3）内，由基于子孔径分割的传感器（3）进行图像采集和分析，获得当前光瞳对正位置偏差和光轴对准偏差量，然后通过驱动控制单元（4）通过闭环控制算法分别计算加载到第一倾斜镜（1）和第二倾斜镜（2）上的电压值，并驱动第一倾斜镜（1）和第二倾斜镜（2），实现对光路实时校正，从而将第一平台（8）上的第一光学系统（6）和第二平台（9）上的第二光学系统（7）的光瞳和光轴实时对准；同时分光镜（5）分出的光束进入第二光学系统（7）内，用于评价光束光瞳对正和光轴对准效果。

2.根据权利要求1所述的基于子孔径分割的光路耦合对准装置，其特征在于：所述基于子孔径分割的传感器（3）由缩束系统（301，302）、微透镜阵列（303）和CCD探测器（304）组成,光束经过缩束系统（301，302）缩束后经微透镜阵列（303）分束聚焦后成像到CCD探测器（304）的面靶。

3.一种基于子孔径分割的光路耦合对准方法，其特征在于实现步骤如下：

第一步，定标阶段，在静态条件下，调整第一倾斜镜（1）和第二倾斜镜（2），使得第一光学系统（6）的光束光瞳对正，光束对准在近似完全对正情况下进入第二光学系统（7）中，作为理想标定状态，此时通过分光镜（5）透射的光束进入基于子孔径分割的传感器（3）中，光束经过缩束系统（301，302）缩束后经微透镜阵列（303）分束聚焦后成像到CCD探测器（304）的靶面，通过图像采集和计算得到标定时的子光斑阵列总体质心(X_c,Y_c)作为光瞳对正偏差计算的标定量，各子孔径光斑质心(x_ck，y_ck)作为光轴对准偏差计算的标定量，其中k＝1…N，N是微透镜阵列（303）分割子孔径的个数；

第二步，闭环控制阶段，首先将第一光学系统（6）发出的光束适当的调偏，模拟光束对正、光瞳对准有误差情况，经过全光路传输后，利用基于子孔径分割的传感器（3）获得有光束、光束对正、光瞳对准有误差情况下的子光斑整列总体质心(X′_c，Y′_c)以及各子孔径光斑的质心(x′_ck，y′_ck)；

第三步，将第二步骤获得各质心量与第一步获得的标定量相比较，计算得到光束在X、Y方向上的光瞳对正的偏移量d_x、d_y和光束在X、Y方向上的光轴对准偏差s_x、s_y；公式如下：

dx=Xc′-Xcdy=Yc′-Yc]]>

sx=1NΣk=1N(xck′-xck)sy=1NΣk=1N(yck′-yck);]]>

第四步，根据获得的光瞳对正偏差d_x、d_y通过驱动控制单元（4）驱动第一倾斜镜（1）对光瞳进行循环校正控制，根据光轴对准偏差s_x、s_y通过驱动控制单元（4）驱动第二倾斜镜（2）对光轴进行校正，闭环控制算法公式如下：

u1x=u1x′+K1×dxu1y=u1y′+K1×dyu2x=u2x′-K1×dx+K2×sxu2y=u2y′-K1×dy+K2×sy]]>

其中K₁和K₂是比例积分控制系数，u_1x′,u_1y′,u_2x′,u_2y′是上一步控制电压值，首次循环控制电压为0；u_1x,u_1y为施加到第一倾斜镜（1）上的电压，u_2x,u_2y为施加到第二倾斜镜（2）上的电压。