[发明专利]基于光学传递函数的高精度测量倾斜角的方法

摘要

本发明涉及基于光学传递函数的测量倾斜的方法，是一种高精度、测量范围大的测量倾斜方法，属于光电检测技术领域。光阑上设置两个离散光阑孔，分别采集参考光路和测量光路的光波，通过系统焦面上的光强分布即点扩散函数(Point Spread Function,PSF)得到系统的光学传递函数(Optical Transfer Function,OTF)，取OTF中间部分OTFmiddle，由相位因子得到系统的对应的相位传递函数(Phase Transfer Function,PTF)PTFmiddle,再由PTFmiddle与倾斜角的关系得到倾斜角度，从而实现了大范围、高效、高精度的倾斜测量。本方法提高了测量效率和测量精度，测量精度为0.15mas RMS，可应用于大型分块式主镜望远镜的共相位检测等方面。

主权项

1.基于光学传递函数的高精度测量倾斜角的方法，其特征在于：具体步骤如下：步骤一、单色光光源发出的光波分成两束，分别进入参考光路与测量光路；两束带有位相差信息的光波发生干涉‑衍射或衍射现象，然后聚焦在焦平面上，，焦平面上的光强分布即为PSF。由傅里叶光学可知，单色光条件下，所述PSF为：其中，(ξ,η)为像面坐标，circ(·)为圆域函数，为卷积运算，δ(·)为二维δ函数，B为两个圆孔光阑孔中心距离，D为圆孔光阑直径，p为piston误差即参考光波与被测光波沿光轴上的光程差，λ为单色光波长，j是虚数单位，是被测镜绕ξ轴旋转引起的倾斜角tip，是被测镜绕η轴引起的倾斜角tilt。步骤二、对式(1)式进行傅里叶变换，得到OTF：其中，J₁()为一阶贝塞尔函数，f_ξ、f_η分别为ξ、η方向上的空间频率，F{·}表示傅里叶变换，f为焦距。所述OTF中包含三部分，第一部分表示参考子镜的OTF；第二部分表示被测子镜的OTF，该部分只包含倾斜信息；第三部分为干涉衍射项，同时包含倾斜及piston误差信息；第一部分与第二部分在空间频率域中重合，所以我们只取OTF的前两部分实现对倾斜的测量，设式中，OTF_circle(f_ξ，f_η)为一常数，该常数只与光路参数设置有关。其中，arccos(·)为反余弦函数。步骤三、由OTF_middle计算得到对应的相位传递函数PTF_middle，PTF_middle在ξ、η两个方向上的分布随倾斜角的改变发生变化，在PTF_middle变化的一个周期(±π)内，计算PTF_middle在ξ、η两个方向上的斜率，再对斜率取反正切值即得到被测镜分别在ξ、η两个方向上的倾斜角度即tip、tilt。