基于光学传递函数的同时测量多个绝对距离的方法与流程

文档序号:13253445阅读:446来源:国知局
技术领域本发明涉及基于光学传递函数的同时测量多个绝对距离的方法,是一种高精度、毫米量级测量范围、可实现多个绝对距离同时测量的方法,属于光电检测技术领域。技术背景在天文学、精密测量学、军事技术中,常需要对多个几纳米到几微米的微小台阶高度(即参考镜与被测镜沿光轴方向的绝对距离)进行高精度测量。针对多个微小台阶高度的高精度测量,国内外学者已经提出了很多不同的测量方法,这些方法总体上可以分为两类。第一类是电学检测方法,常用的有电容测微法和电感测微法。电学检测方法可以实现多个微小台阶的并行测量,但容易受到环境温度、湿度以及电磁场分布的影响,从而影响测量精度。第二类是光学检测方法,所要测量的实际台阶高度与参考光路和测量光路之间的光程差(OpticalPathDifference,OPD)相对应,对于反射式光路而言OPD是所测台阶高度ΔL的两倍,通过测量OPD即可得到实际微小台阶高度。常用的二维色散条纹法可以实现微小台阶的高精度测量,但这种方法每次只能测量一块被测镜相对参考镜的光程差。

技术实现要素:
本发明的目的是为了解决上述技术问题,提出了一种基于光学传递函数的同时测量多个绝对距离的方法。该方法在出瞳设置光阑,光阑上设置多个离散光阑孔,分别采集参考光路和多个测量光路的光波,各光波通过会聚透镜在焦面上发生干涉-衍射,得到系统焦面光强分布即点扩散函数(PointSpreadFunction,PSF),继而得到系统的光学调制传递函数(ModulationTransferFunction,MTF)非归一化侧峰值MTFph,再对其归一化得到MTFnph,再由MTFnph与ΔL的关系计算出ΔL,从而实现了高效、高精度的瞬态绝对距离测量。为了能够同时测量多个绝对距离,应使与各个被测镜相对应的MTFnph不发生重叠,故需研究非冗余光阑孔的设置,这是本发明的关键所在。本发明使用的光路,包含平行光光源、分光板、参考镜、多个被测镜、光阑、聚焦透镜,其中光阑放置在光路的出瞳处。光源发出的平行光经过分光板到达参考镜和被测镜上,经参考镜和被测镜反射,携带光程差信息的平面光波分别通过光阑上的离散光阑孔,再通过聚焦透镜在焦平面上,发生干涉和衍射。本发明的目的通过以下技术方案实现。基于光学传递函数的同时测量多个绝对距离的方法,包含步骤如下:步骤一、在系统的出瞳处设置光阑,光阑上设置的N个离散的圆光阑孔分别采集参考光路与N-1路测量光路的光波,携带光程差信息的平面光波通过光阑孔后发生衍射-干涉。定义参考光阑孔与被测光阑孔的中心连线为基线。为了实现光阑孔的非冗余排列,其余的光阑孔设置原则如下:以参考光阑孔作为基准,首先尽量将被测光阑孔设置在不同基线方向上;其次对于在同一基线上的被测光阑孔,应保证任意两个光阑孔中心距不与被测光阑孔和参考光阑孔的中心距相同;当任意两个被测光阑孔中心距与某基线上被测光阑孔和参考光阑孔的中心距相同时,两被测光阑孔中心连线应不与基线平行。步骤二、光波经过聚焦透镜在焦平面上发生干涉-衍射现象,焦面上的光强分布即为PSF,对PSF进行傅里叶变换、取模,即可得到系统的MTF。MTF包含一个主峰、多个侧峰,标记出每一个测量光波与参考光波形成的MTF侧峰位置,记录MTF侧峰归一化峰值MTFnph的数值。步骤三、推导MTFnph与ΔL的函数关系。依据傅里叶光学,两个光阑孔形成的PSF为:PSFc(x,y)=2∫λ0-Δλ2λ0+Δλ2(D2)2f2λ2J12(πDλfx2+y2)x2+y2[1+cosk(ΔL-Bfx)]dλ---(1)]]>其中,λ0为所用光源的中心波长,Δλ表示带宽,D为光阑孔的直径,J1()表示一阶贝塞尔函数,B为两个光阑孔的距离。利用微分求和对(1)式进行化简:PSFc(x,y)==2ΔλnΣi=1n{D22f2λi2J12(πDλifx2+y2)x2+y2[1+cos2πλi(ΔL-Bfx)]
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