r>[0037] 实施例1
[0038] 将本发明的方法用于检测分块式主镜望远镜共相位误差，光路原理如图1所示。
[0039] 分块式主镜望远镜的初始共相位误差为亚毫米量级，在此共相位误差对应于被测 镜与标准镜间的轴向距离。工作时，望远镜的光源通常是星光，可视为平行光，以其中一块 分块子镜作为标准镜，平面波经标准镜和被测镜反射，反射光波中携带了两相邻子镜间的 绝对距离AL即共相位误差的信息，再经望远镜次镜1反射，由准直透镜4变为两束平行光 波，它们之间的光程差0PD为△ L的2倍。
[0040] 步骤一、在测量系统的出瞳面设置光阑如图1中所示，光阑上设置的两个圆孔光阑 分别采集参考光路与测量光路的光波，两束携带光程差信息的平面光波通过光阑孔，经过 聚焦透镜在焦平面上发生干涉-衍射现象，其焦面上的光强分布即为PSF如图3所示。
[00411步骤二、将PSF进行傅里叶逆变换、取模，可以得到系统的MTF如图4所示，MTF包含 一个主峰、两个侧峰，两个侧峰关于主峰对称，大小相等。当参考光路与测量光路之间的光 程差发生变化时可以看到MTF的主峰峰值MTF cph大小不发生变化，侧峰峰值MTFph随AL的改 变而改变。
[0042] 步骤三、记录MTF主峰峰值MTFcph，以0. U为步长改变测量光路与参考光路之间的 光程差，可得到一组变化的MTF侧峰峰值MTFph，将侧峰峰值进行归一化，归一化的MTF侧峰峰 值^瘦n(其中η是光阑孔的个数），进而得到MTFnph随△ L的变化数值，如 图5所示。
[0043]步骤四、利用分段式四次多项式拟合MTFnph与AL的函数关系。为了实现微小台阶 的高精度大范围测量，本发明首先利用四次多项式对MTFnph与AL的关系进行拟合，依据拟 合得到的函数表达式计算出A L测量误差，如图6所示，这种方法在AL较小时，测量误差较 大，达到微米量级。将整个量程L利用两段四次多项式进行拟合，所得MTFnph与AL之间的分 段四次多项式函数关系如下式：
[0044] (ΔΡ + 十 十 cijiiL + 於《0 .s￡. .>4L <:. ?) L4'. (2) ^a2AL4 -h ,d2ALs -f -f d2^L -f e2 (~ < AL < L)
[0045]其中（ai，bi，ci，di，ei，a2，b2，C2，d2，e2)是拟合系数。依据分段四次多项式拟合所得 到函数关系计算出的误差曲线如图7所示，这种方法的测量精度可以到达纳米量级。
[0046]步骤五、通过测量焦面处的点扩散函数，计算得到MTFnph，依据拟合所得的式(2)便 可计算得出绝对距离。
[0047] 实施例2
[0048]将本发明的方法用于检测块规高度，光路原理图如图2所示。
[0049]本方法用于检测块规高度的原理和检测分块镜共相位误差的原理基本相同。白光 平行光管1发出的平面波经过分光板4反射到被测镜3和标准镜2上，标准镜和被测镜的高度 差异为A L。精确测量被测镜和标准镜沿光轴方向的绝对距离△ L，即可得到被测块规的高 度。通常，AL应小于几个毫米。平面波被标准镜和被测镜反射，分为两束平行平面波，它们 之间的光程差0PD为AL的二倍。这两束平面波经过光阑孔5,通过汇聚透镜6在焦面上发生 衍射和干涉，由探测器7接收。后续的处理方法和实施例1中相同。
[0050] 本发明的主要特点：
[0051] 与〈〈Singe 1-wavelengh coarse phasing in segmented telescopes))一文中的方 法相比，本发明在保证大测量量程的前提下，大大提高了精度，具体实施事例中A L测量误 差曲线如图7所示，其RMS值为1 · 8nm。
[0052]本发明是一种非接触式的瞬态绝对距离测量方法，测量方法简便快捷，测量范围 可达毫米量级，测量精度高，RMS仅为几个纳米，特别适用于大口径分块式主镜望远镜的共 相位检测以及高精度块规的标定。
【主权项】
1.用于绝对距离测量的光学调制传递函数分析方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤一、在测量系统的出瞳面设置光阔，光阔上设置的两个圆孔光阔分别采集参考光 路与测量光路的光波，两束携带光程差信息的平面光波通过光阔孔，经过聚焦透镜在焦平 面上发生干设-衍射现象，其焦面上的光强分布即为PSF，即点扩散函数； 步骤二、对所得到的PSF进行傅里叶逆变换、取模，即可得到系统的MTF，即光学调制传 递函数;MTF包含一个主峰、两个侧峰，两个侧峰关于主峰对称、大小相等；当参考光路与测 量光路之间的光程差发生变化时可W看到MTF的主峰峰值MTFwh大小不发生变化，侧峰峰值 MTFph随Δ L，即分块子镜间的共相位误差的改变而改变； 步骤Ξ、记录MTF主峰峰值MTFeph，W0. U为步长改变测量光路与参考光路之间的光程 差，可W得到一组变化的MTF侧峰峰值MTFph，将侧峰峰值进行归一化，归一化的MTF侧峰峰值其中η是光阔孔的个数，记录得到的MTFnph随Δ L的变化数值，Δ L 是光程差的二分之一； 步骤四、拟合MTFnph与AL的函数关系；为了实现微小台阶的高精度大范围测量，首先利 用四次多项式对MTFnph与Δ L的关系进行拟合，依据拟合得到的函数表达式计算出Δ L测量 误差，运种方法在A L较小时，测量误差较大，达到微米量级；为进一步提高测量精度，采取 了分段式四次多项式拟合方式，将整个量程L利用两段四次多项式进行拟合，第一段为AL 从0到满量程的四分之一处，第二段为从满量程的四分之一处到满量程，拟合表达式如下 式：其中（曰1，61，(31，山，61，曰2,62,02，(12,62)是拟合系数;依据分段式四次多项式拟合所得到 函数关系计算出A L的测量误差，运种方法得到的Δ L的测量精度可W到达纳米量级； 步骤五、通过测量焦面处的点扩散函数，计算得到MTFnph,依据拟合所得的式（1)便可计 算得出绝对距离。
【专利摘要】本发明涉及用于绝对距离测量的光学调制传递函数分析方法，是一种用于毫米量级的绝对距离测量方法，属于光电技术领域。本发明通过在测量光路出瞳面设置离散光阑孔，分别采集参考光波和测量光波，两束光波经聚焦透镜发生干涉衍射，通过探测焦面光强分布得到点扩散函数，进而得到光学调制传递函数。采用分段式四次多项式拟合获得调制传递函数侧峰峰值与绝对距离的函数关系。对于不同的被测绝对距离，通过测量调制传递函数侧峰峰值，利用拟合的函数关系进行计算，即可实现绝对距离的高精度测量。该方法测量迅速，原理简明，量程大，精度高，可用于高精度块规的标定、大型分块式主镜望远镜的共相位检测等方面。
【IPC分类】G01B11/06
【公开号】CN105547168
【申请号】CN201610053454
【发明人】赵伟瑞, 蒋俊伦
【申请人】北京理工大学
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2016年1月27日