[發明專利]用于絕對距離測量的光學調制傳遞函數分析方法

有效

• 申請號: 201610053454.4
• 申請日: 2016-01-27
• 公開（公告）號: CN105547168B
• 公開（公告）日: 2018-02-13
• 發明（設計）人: 趙偉瑞;蔣俊倫
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01B11/06
• 分類號: G01B11/06
• 代理公司: 北京理工正陽知識產權代理事務所(普通合伙)11639
• 代理人: 毛燕

1.用于絕對距離測量的光學調制傳遞函數分析方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一、在測量系統的出瞳面設置光闌，光闌上設置的兩個圓孔光闌分別采集參考光路與測量光路的光波，兩束攜帶光程差信息的平面光波通過光闌孔，經過聚焦透鏡在焦平面上發生干涉-衍射現象，其焦面上的光強分布即為PSF，即點擴散函數；

步驟二、對所得到的PSF進行傅里葉逆變換、取模，即可得到系統的MTF，即光學調制傳遞函數；MTF包含一個主峰、兩個側峰，兩個側峰關于主峰對稱、大小相等；當參考光路與測量光路之間的光程差發生變化時可以看到MTF的主峰峰值MTF_cph大小不發生變化，側峰峰值MTF_ph隨ΔL，即分塊子鏡間的共相位誤差的改變而改變；

步驟三、記錄MTF主峰峰值MTF_cph，以0.1λ為步長改變測量光路與參考光路之間的光程差，其中λ是測量所用光源的中心波長，可以得到一組變化的MTF側峰峰值MTF_ph，將側峰峰值進行歸一化，歸一化的MTF側峰峰值其中n是光闌孔的個數，記錄得到的MTF_nph隨ΔL的變化數值，ΔL是光程差的二分之一；

步驟四、擬合MTF_nph與ΔL的函數關系；為了實現微小臺階的高精度大范圍測量，首先利用四次多項式對MTF_nph與ΔL的關系進行擬合，依據擬合得到的函數表達式計算出ΔL測量誤差，在ΔL較小時，測量誤差較大，達到微米量級；為進一步提高測量精度，采取了分段式四次多項式擬合方式，將整個量程L利用兩段四次多項式進行擬合，第一段為ΔL從0到滿量程的四分之一處，第二段為從滿量程的四分之一處到滿量程，擬合表達式如下式：

MTFnph=a1ΔL4+b1ΔL3+c1ΔL2+d1ΔL+e1(0≤ΔL<L4)a2ΔL4+b2ΔL3+c2ΔL2+d2ΔL+e2(L4≤ΔL≤L)---(1)]]>

其中a₁,b₁,c₁,d₁,e₁,a₂,b₂,c₂,d₂,e₂是擬合系數；依據分段式四次多項式擬合所得到函數關系計算出ΔL的測量誤差，得到的ΔL的測量精度可以到達納米量級；

步驟五、通過測量焦面處的點擴散函數，計算得到MTF_nph，依據擬合所得的式(1)便可計算得出絕對距離。