[發明專利]基于光學傳遞函數的同時測量多個絕對距離的方法

有效

• 申請號: 201610353004.7
• 申請日: 2016-05-25
• 公開（公告）號: CN105806240B
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 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: G01B11/14
• 分類號: G01B11/14
• 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: 鮑文娟

1.基于光學傳遞函數的同時測量多個絕對距離的方法，其特征在于，在出瞳設置光闌，光闌上設置多個離散光闌孔，分別采集參考光路和多個測量光路的光波，各光波通過會聚透鏡在焦面上發生干涉-衍射，得到系統焦面光強分布即點擴散函數PSF，Point SpreadFunction，繼而得到系統的光學調制傳遞函數MTF，ModulationTransferFunction的非歸一化側峰值MTF_ph，再對其歸一化得到MTF_nph，再由MTF_nph與ΔL的關系計算出ΔL；

具體步驟包括如下：

步驟一、在系統的出瞳處設置光闌，光闌上設置的N個離散的圓光闌孔分別采集參考光路與N-1路測量光路的光波，攜帶光程差信息的平面光波通過光闌孔后發生衍射-干涉；定義參考光闌孔與被測光闌孔的中心連線為基線；為了實現光闌孔的非冗余排列，其余的光闌孔設置原則如下：以參考光闌孔作為基準，首先盡量將被測光闌孔設置在不同基線方向上；其次對于在同一基線上的被測光闌孔，應保證任意兩個被測光闌孔中心距不與被測光闌孔和參考光闌孔的中心距相同；當任意兩個被測光闌孔中心距與某基線上被測光闌孔和參考光闌孔的中心距相同時，兩被測光闌孔中心連線應不與基線平行；

步驟二、光波經過聚焦透鏡在焦平面上發生干涉-衍射現象，焦面上的光強分布即為PSF，對PSF進行傅里葉變換、取模，即可得到系統的MTF；MTF包含一個主峰、多個側峰，標記出每一個測量光波與參考光波形成的MTF側峰位置，記錄MTF側峰歸一化峰值MTF_nph的數值；

步驟三、推導MTF_nph與ΔL的函數關系；依據傅里葉光學，兩個光闌孔形成的PSF為：

PSFc(x,y)=2∫λ0-Δλ2λ0+Δλ2(D2)2f2λ2J12(πDλfx2+y2)x2+y2[1+cosk(ΔL-Bfx)]dλ---(1)]]>

其中，ΔL要測量的臺階高度，f聚焦透鏡的焦距，λ所用光源的波長，k波數，k＝2π/λ，λ₀為所用光源的中心波長，Δλ表示帶寬，D為光闌孔的直徑，J₁()表示一階貝塞爾函數，B為兩個光闌孔的距離；

利用微分求和對(1)式進行化簡：

PSFc(x,y)==2ΔλnΣi=1n{D22f2λi2J12(πDλifx2+y2)x2+y2[1+cos2πλi(ΔL-Bfx)]}---(2)]]>

其中n為所用波長帶寬采樣數；

對(2)式進行傅里葉變換、歸一化處理，可得側峰歸一化峰值MTF_nph與ΔL的函數關系：

MTFnph=1nn+[Σj=1n-1Σi=jn-1cos(2πλiΔL+2πλi+1ΔL)]---(3)]]>

步驟四、將步驟二測得的各個側峰歸一化峰值帶入公式(3),計算出N-1路絕對距離。