第三章3.4-3.8课件.pptVIP

第七章 光学成像系统的分析 第3章 光学成像系统的频率特性 3.4----3.8 前言 3.4.1 透镜的振幅点扩散函数 目的是求出在什么条件下场分布Ui（xi，yi）可以叫做物分布U0（x0，y0）的像. 由于波动传播的线性性质，场分布总可以表示成下述叠加积分。 高质量成像系统要求Ui与U0相似,所以h 函数近似为?函数。 1.点光源产生的复振幅分布在透镜前平面： 2.点光源产生的复振幅分布在透镜后平面： 3.4.2 衍射受限系统的的点扩散函数 一、光学成像系统的黑箱模型 光学成像系统通常是由多个光学元件组成。假定光学成像系统最后将产生一个实像。在此系统的多个元件中，总存在一个实际起限制光束通光孔径作用的孔径光阑，这是光学系统的特征元件之一。孔径光阑经它前面的光学元件所成的像就是系统的入瞳，经它后面的光学元件所成的像就是系统的出瞳。两者是一对等光程共轭面。因此，对于一个无相差的光学成像系统，由入瞳限制的物方光束必能通过系统，也恰是被出瞳所限制的像方光束。即把系统的衍射效应归结于由入瞳引起的或由出瞳引起的，是完全等价的。 二、正透镜的成像 在相干光照明情况下，物面光场分布 经透镜后在像面上的光场分布为 3.4.3相干光照明下衍射受限系统的成像规律 在相干光照明情况下，物面光场分布 经系统后在像面上的光场分布为 前面的讨论都是在严格单色光照明条件下进行的 二、成像系统的线性特性 1.相干成像系统 2.非相干成像系统 3.5 衍射受限系统的相干传递系数（CTF） 在相干照明下的衍射受限系统，对复振幅的传递是线性空间不变的；线性空间不变系统的变换特性在频域中来描述更方便。频域中描述系 统的成像特性的频谱函数Hc(fx，fy)称为衍 射受限系统的相干传递函数，记做CTF。 一、CTF的概念及其与光瞳函数的关系 衍射受限的相干成像系统对于复振幅是线性的。 二、CTF计算举例 1。圆形光瞳 2。方形光瞳 三、简要说明 结论：CTF 表示光学成像系统对物分布中空间频率为 的平面谐波的传递能力 是脉冲响应函数的傅立叶变换 函数形式与光瞳函数相同 3.6 衍射受限系统的非相干传递函数OTF 一、OTF 的概念 当光学成像系统采用非相干光源照明时，物象上各点的光振动是彼此独立、与统计无关的，属于非相干成像情况。在一定条件下，非相干成像系统对光强分布是线性的，并且是空间不变的；而对物和像的复振幅分布则是高度非线性的。为了表征这种特征，引入OTF的概念。 二、OTF和CTF的关系 3.6.3 OTF与光瞳函数的关系 对于相干成像系统，相干传递系数与光瞳函数之间的关系为 四、OTF的一般性质 五、OTF计算举例 1。方形光瞳 2。圆形光瞳 3.7 有相差系统的传递函数 一、广义光瞳函数 对于衍射受限系统，物面上任一物点发出的发散球面波经成像系统后将在像面上形成以几何像点为中心的光瞳夫琅和费衍射图样。 物点将在出瞳上产生一个向几何像点会聚的理想球面波。衍射受限系统的传递函数可以用光瞳函数来描述。 像差的存在会使得出瞳上的实际波前偏离理想球面波前。这一偏差是位相偏差引起的。 实际成像系统的光瞳函数是复函数，即可以把像差对传递函数的影响归结为光瞳函数的变化，为此引入“广义光瞳函数”的概念。 二、实际光学成像系统的CTF 衍射受限成像系统的CTF是光瞳函数 的连续两次傅立叶变换，即等于频域变量的光瞳函数 。当系统存在像差时，只要用广义光瞳函数* 代替式中的光瞳函数 ，便可得到实际成像系统的CTF， 三、实际光学成像系统的OTF 有像差的相干成像系统的振幅脉冲响应是广义光瞳函数的傅立叶变换。显然有像差的非相干成像系统的强度脉冲响应仍然是振幅脉冲响应的模的平方 * 代替式中的 ，便得到实际成像系统的OTF，即 四、成像系统离焦时的OTF 在光学成像系统的诸像差中，离焦误差所引起的波像差可用较简单的数学表达式来描述，因而是最容易讨论的波像差之一。设 为理想的球面波波前，它会聚于焦点F处，焦点F到出瞳的距离为 ，如图7-18所示。离焦球面波 会聚于F1点， F1点到出瞳的距离为 ，为离焦量。 3.8 相干照明与非相干成像系统的比较3.8.1 截止频率 对同一个成像系统，OTF的截止频率是CTF的截止频率的两倍，但并不表明同一个成像系统用非相干照明比用相干照明的成像效果更好。首先，CTF的截止频率确定的