工程光学第九章郁道银版作者窦柳明(长沙理工大学)浅析.ppt

光学传递函数：把物体看作是由各种频率的谱组成的，也就是把物体的光场分布函数展开成傅里叶级数（物函数为周期函数）或傅里叶积分（物函数为非周期函数）的形式。若把光学系统看成是线性不变的系统，那么物体经光学系统成像，可视为物体经光学系统传递后，频率不变，对比度下降，相位推移，并在某一频率处截止，即对比度为零。这种对比度的降低和相位推移是随频率不同而不同的，其函数关系称之为光学传递函数。 光学传递函数既与光学系统的像差有关，又与光学系统的衍射效果有关，故用它来评价光学系统的成像质量，具有客观和可靠的优点，并能同时运用于小像差光学系统和大像差光学系统。 利用MTF曲线来评价成像质量 MTF表示各种不同频率的正弦强度分布函数经光学系统成像后,其对比度(即振幅)的衰减程度。 当某一频率的对比度下降到零时，说明该频率的光强分布已无亮度变化，即该频率被截止。这是利用光学传递函数来评价光学系统成像质量的主要方法。 第九章 光学系统的像质评价和像差公差 第一节 瑞利判断和中心点亮度 1 第二节 分辨率 2 第三节 点列图 3 第四节 光学传递函数评价成像质量 4 第五节 光学系统的像差公差 1 第九章 光学系统的像质评价和像差公差 第一节 瑞利判断和中心点亮度 一、瑞利判断 瑞利判断:瑞利认为“实际波面与参考球面波之间的最大波像差不超过λ/4时，此波面可看作是无缺陷的”。 瑞利判断的优点：便于实际应用。利用几何光学中的光路计算得出几何像差曲线，由曲线图形积分便可方便地得到波像差，由所得到的波像差即可判断光学系统的成像质量优劣。 瑞利判断的缺点：不严密，只考虑波像差的最大允许公差，而没有考虑缺陷部分在整个波面面积中所占的比重。 适用范围：小像差光学系统，例如望远物镜、显微物镜、微缩物镜和制版物镜等对成像质量要求较高的系统。 第一节 瑞利判断和中心点亮度 二、中心点亮度 中心点亮度：依据光学系统存在像差时，其成像衍射斑的中心亮度和不存在像差时衍射斑的中心亮度之比来表示光学系统的成像质量的，此比值用S.D来表示，当S.D≥0.8时，认为光学系统的成像质量是完善的，这就是斯托列尔（K.Strehl）准则。 适用范围：是一种高质量的像质评价标准，只适用于小像差光学系统。 缺点：由于其计算相当复杂，在实际中不便应用。 第一节 瑞利判断和中心点亮度 第二节 分辨率 分辨率是反映光学系统能分辨物体细节的能力，它是光学系统一个很重要的性能，可以用分辨率来作为光学系统的成像质量评价方法。 瑞利指出“能分辨的两个等亮度点间的距离对应艾里斑的半径”，即一个亮点的衍射图案中心与另一个亮点的衍射图案的第一暗环重合时，这两个亮点刚能被分辨。这时在两个衍射图案光强分布的迭加曲线中有两个极大值和一个极小值，其极大值与极小值之比为1:0.735。 q 第二节 分辨率 根据衍射理论，无限远物体被理想光学系统形成的衍射图案中，第一暗环半径对出射光瞳中心的张角为: 式中Δθ为光学系统的最小分辨角，D为入瞳直径。 优点： 其指标单一，便于测量，在光学系统像质检测中得到广泛应用。 分辨率作为光学系统成像质量的评价方法并不是一种完善的方法。 对λ=555μm的单色光，以（″）来 表示最小分辨角,D以mm为单位时，有 第二节 分辨率 因为： 光学系统的分辨率与其像差有关，像差可降低光学系统的分辨率。小像差光学系统中，实际分辨率几乎只与系统的相对孔径（即衍射现象）有关，受像差的影响很小。在大像差光学系统中，分辨率才与系统的像差有关，并常以分辨率作为系统的成像质量指标。只适用于大像差光学系统。 用于分辨率检测的鉴别率板为黑白相间的条纹，这与实际物体的亮度背景有着很大的差别；此外，对同一光学系统，使用同一块鉴别率板来检测其分辨率，由于照明条件和接收器的不同，其检测结果也是不同的。鉴别率板与实际物体有很大的差别。 对照相物镜等作分辨率检测时，分辨率在鉴别鉴别率板的某一组条纹时已不能分辨，但对更密一组的条纹反而可以分辨，这是因为对比度反转而造成的。有时会出现“伪分辨现像”. 第二节 分辨率 第三节? 点列图 点列图法：在点列图中利用这些点的密集程度来衡量光学系统的成像质量的方法称之为点列图法。 对大像差光学系统，利用光线追迹方法可以精确地表示出点物体的成像情况： 把光学系统入瞳的一半分成为大量的等面积小面元，并把发自物点且穿过每一个小面元中心的光线，认为是代表通过入瞳上小面元的光能量。在成像面上，追迹光线的点分布密度就代表像点的光强或光亮度。 点列图：在几何光学的成像过程中，由同一点发出的许多条光线经光学系统成像后，由于像差的存在，使其与像面的交点不再集中于一点，