信息光学(傅里叶光学)Chap5-2.ppt

第五章 光学成像系统的频率特性 §5-1透镜的成像性质 ∴由（5-8）式运用卷积定理直接写出像平面的光场复振幅分布： 再按卷积定义式写出: (5-11) 这是我们的主要结果 # 为几何光学的理想像，其特征： （1） 与原物完全相似 （2） 倒立，反演 （3） 比例缩放，倍数M （4） 幅度缩为1/M 定义: (5-15) 再定义: 为光瞳函数的F.T. (5-10) 第五章 光学成像系统的频率特性 §5-1透镜的成像性质: 结论 (5-11) 2． h 是成像系统的脉冲响应,代表物平面(0,0)处点光源在像面 上的分布。 若 P(x,h)=1, 即透镜孔径为无穷大，则 此时 是理想几何像,倒立,缩放。 为光瞳函数的F.T. (衍射斑) 若透镜的光瞳为有限尺寸，则 # 1．像平面上的光场分布,是几何光学像与光瞳函数F.T.的卷积, 使像平滑，变模糊。 第五章 光学成像系统的频率特性 §5-1透镜的成像性质: 结论 即轴上物点发出发散球面波照明孔径，在会聚点得到的夫琅和费衍射图样。如果为圆孔即为 Airy斑。 (5-11) 3． 在物平面和像平面之间，光学系统的变换是一个线性空不变系统。系统的脉冲响应是光瞳函数的F.T. 每个物点在像平面产生一个Airy斑，像平面分布是所有这些Airy斑的加权叠加。 # 第五章 光学成像系统的频率特性 §5-1透镜的成像性质: 结论 (5-11) 把成像系统的作用分为两部分:理想成像和卷积积分: 定标器 线性空不变系统 h 物 U0 几何像 Ug 实际像 Ui = Ug * h 只考虑后一部分 ?直接把Ug称为输入像。 # 复杂的光学系统与单透镜系统有何不同? §5-2 成像系统的一般分析 本节目的： 分析复杂的光学系统, 并求出它的脉冲响应函数 研究像强度分布与照明光源相干性的关系 成像系统的普遍模型——黑箱模型 复习：（几何光学） 复杂光学系统由多个透镜（正、负、厚、薄不同）和光阑组成。透镜孔径也构成光阑。 光阑：光学元件的边框和特加的有一定形状开孔的屏统称光阑。有拦光作用（对成像光束的大小有限制作用）。 # §5-2 成像系统的一般分析成像系统的普遍模型——黑箱模型 孔径光阑（孔阑 Aperture Stop）：所有光阑中有一个对成像光束最终起到实际限制的作用，决定成像光束截面或立体角，称为孔径光阑。（注意不一定几何尺寸最小） 入射光瞳（入瞳 Entrance Pupil）：孔径光阑通过它前面的光具组所成的像。由于物像共轭关系，物方能通过入瞳的光束，必定能完全通过孔阑。 出射光瞳（出瞳 Exit Pupil）：孔径光阑通过它后面的光具组所成的像。 所以，通过孔阑的光束在像方能完全通过出瞳。 # §5-2 成像系统的一般分析成像系统的普遍模型——黑箱模型 例：如图所示系统。原有两个透镜。无光阑D时，L1和L2为共轭关系。 L1 P0 L2 Pi ui u0 D 加入光阑D, 限制了物方成像光束的立体角为u0 D是孔径光阑 D通过L1成一虚像D0, 物方所有能通过D的光束都能通过D0. D0是入瞳 Di D0 同理, Di是出瞳 # §5-2 成像系统的一般分析成像系统的普遍模型——黑箱模型 1 3 2 2. 透镜系统: 黑箱. 只考虑边端(入瞳与出瞳之间) 的变换关系 1. 物面?入瞳: 菲涅耳衍射 3.出瞳?像面:菲涅耳衍射 为了确定系统的脉冲响应, 需要考察黑箱的性质; 衍射受限系统和像差系统 复杂的光学系统是为了消除像差. 当像差完全消除以后,可以不考虑各个透镜的具体配置, 系统的成像性能仅受光瞳的影响. 若成像系统的像质仅受有限大小光瞳的衍射效应所限制, 则称为 “衍射受限”系统, 或衍射限制系统 (diffraction-limited system ) # §5-2 成像系统的一般分析一、衍射受限系统的“黑箱”模型 全部成像元件都装在黑箱中,可以不考虑它的内部结构,只需知道它的外部结构: 即: 将物平面发出的投射到入瞳上的光束,完全按照几何光学投射到出瞳上,并会聚到像平面.(像差系统此项不成立) 黑箱的边端由入瞳和出瞳组成: 入瞳:光到达成像元件所必须经过的一个有限孔径. 出瞳:光离开成像元件到达像平面所必须经过的一个有限孔径 入瞳和出瞳互为几何成像的共轭关系.光在二者间之的传播完全用几何光学描述: 衍射受限系统的衍射效应,只有在物?入瞳及出瞳?像的传播中才起重要作用, 并且可以归结到这两段中的任何一段 # §5-2 成像系统的一般分析二、阿贝(Abbe)成像理论 （1873） 若透镜孔径无限大,频谱准确.二次 F.T.成理想像 若透镜孔径