第5章光学系统象质检验与评价1..docVIP

第五章光学系统象质检验与评价 §5-1星点检验 星点检验原理 为克服物体上各点成像后弥散斑的作用，用以各点经过光学系统成像，观察其弥散斑，如果有误差及像差，弥散斑变形，利用人眼对此变形及亮度的变化，检验出象差这种方法称为星点检验。 黑暗背景上有一个亮点（对被检系统而言，点的几何像小于弥散斑半径即可认为是一个点）人很容易区分光能的变化，如果衍射形状改变，则更灵敏，可达十分之一波长。 星点检验装置 平行光管部分；聚光镜、星点、物镜 平行光管口径大于待检物镜入瞳直径径且物镜像质较好 光源选用发射连续光谱且亮度大的灯 星点大小：星点允许的最大角直径应等于被检系统艾利斑第一暗环的角半径的二分之一如图 例：如果 若不用平行光管则可直接将星点放置于距物镜前节点的距离20倍焦距处则 例：待检物镜口径D=70mm 焦距，由得 星点大衬度不好、星点小衬度好但太小图形暗不易观察 被检系统支持部分 能自动定心或带偏心调整装置，以保证被测物镜和平行光管光轴显微镜光轴重合 显微镜部分 根据弗朗和费衍射理论知道，一个光学系统对一个无限远的点光源成像其实质是在其光瞳面上衍射的结果，在焦平面上衍射相的振幅分布就是光瞳面上的振幅分布函数（通常称为瞳函数）的傅里叶变换，光强分布是振幅模的平方。对于一个理想光学系统而言，瞳函数是一个实函数，而且是一个常数，代表一个理想平面波或球面波，因为星点象的光强分布仅取决于光瞳的形状,对于圆形光瞳所有理想光学系统焦面内星点象的光强分布就是圆函数的傅里叶变换模的平方。 式中 对于实际光学系统由于像差误差的影响、是瞳函数变为复数型电光强分布变形，通过这种变形可以观察到象差。 能量分布 I／I0 备注 0 83.78% 0 1 中央级大 1.220π 0 0 第一极小 1.635π 7.22% 0.0175 第一极大 2.233π 0 0 第二极小 2.679π 2.77% 0.0042 第二极大 3.238π 0 0 第三极小 3.669π 1.46% 0.0016 第三极大 显微物镜数值孔径 保证出射光束能全部进入观察显微镜,说以保证NA 显微镜的放大率 已能分辨第一和第二两环为准 则 两环在被检焦面上距离 K 253 380 507 633 760 经显微镜后两衍射环象能为人眼鉴别取则取则 显微镜的放大倍率 取则 若取则 平面光学零件或望远镜用前置镜接受 除对前置镜的象质又要求外要求入瞳直径大于望远镜出瞳,与显微镜的选折相似 平面零件 , 取得 §5-2分辨率检验 分辨率所获得的被测系统相职信息不如星点多灵敏度不如星点高，但比较直观定量。根据衍射理论理想光学系统的最小分辨角值与入瞳大小有关，只有在象差比较大时分辨率才会随像差的变化有较明显的变化，如照相物镜。分辨率与象的清晰度没有必然的联系，有时甚至会出现矛盾。 分辨率的概念 考察不同间距的两发光点在象面上两衍射象可被分辨与否就能定量的反应光学系统的成像质量。两个靠得很近的光点的艾利班，重叠取得的光强相对于艾利班中心最大光强的对比度K应大于人眼的对比灵敏度有三种判据 中央亮斑光能为83.76%,第一亮环为7.22％，K＝15％ 两衍射斑之间的光强的最小值为最大值的73.5％ 道斯判据： K＝2.6％ 两衍射斑之间的合光强的最小值为1.013最大为1.045 斯派罗判据： K＝0％ 两衍射斑之间的合光强值为1.118 光学系统的理想分辨率的计算 望远镜 以物方刚能分辨开的两个发光点的角距离表示以望远物镜后焦面上两衍射斑的中心距对物镜后主点的张角表示 K=15% 用于系统 K=2.6% 用于零件 显微镜 ， ， 由正玄条件 即 K＝2.6％时的 ， n提高可提高分辨率 (浸油物镜) 照相物镜 K＝2.6％， F 波像差与分辨率关系 可认为为理想分辨率 分辨率图案 栅格式分辨率图案每块25组，每组线条宽度以值比递减 辐射状分辨率图案 塔式分辨率图案：照相物镜照相时的分辨率 光学系统分辨率的测量 望远系统 望远系统的物镜为孔径光阑又为入瞳所以分辨率由物镜决定目镜起放大作用设计时只考虑物镜分辨率。但由于加工装配，及材料误差故测量时不仅要对物镜进行单独测量外还要测定系统的分辨率。 直接观察 要求：（1）平行光管复消色，口径比被测系统口径大。