第九章像质评价与像差公差总结课件.ppt

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1、第九章光学系统的像质评价和像差公差§9-1瑞利判断和中心点亮度§9-2分辨率§9-3点列图§9-4光学传递函数§9-5其他像质评价方法§9-6光学系统的像差公差1§9-1瑞利判断和中心点亮度由前面知识，在不考虑衍射现象影响时，光学系统的成像质量主要与系统的像差大小有关，因此设计任何光学系统时都必须考虑像差的校正。但任何光学系统都不可能也没必要把所有像差都校正掉，因此存在剩余像差及其公差，有必要提出光学系统成像质量的评价方法。一、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

2、可看作是无缺陷的”，即瑞利判断。它依据成像波面相对理想球面波的变形程度来判断光学系统的成像质量的。并给出最大波像差公差：W<λ/4时，成像质量是良好的。2优点：便于实际应用。只要计算出几何像差曲线，再对其积分就可得到波像差，即可判断成像的优劣。同时还可用它求出几何像差的公差。缺点：不够严密，没有考虑局部缺陷在整个波面面积中的分量。适用范围：是一种较为严格的像质评价方法，适用于小像差光学系统，如显微镜、望远镜等对像质要求较高的系统。二、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

3、时衍射斑的中心亮度之比来表示光学系统的成像质量的。即斯托列尔准则：S.D≥0.8时，认为像质是完善的。缺点：计算复杂，不便实际应用。3优点：在评价成像质量上和瑞利判断一致。适用范围：也是一种高质量的像质评价方法，只适用于小像差光学系统。4§9-2分辨率分辨率是反映光学系统能分辨物体细节的能力，是光学系统的一个很重要的性能，因此可用其来评价光学系统的成像质量。表述为：能分辨的两个等亮度亮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个暗环重合时，这两个亮点能被分辨开。5能

4、被分辨开的两个衍射图案中的光强极大值与极小值之比为1：0.735，与接收器能分辨的亮度相当，可见分辨率的大小还与接收器分辨率有关。由衍射理论知，光学系统的最小分辨角为：入瞳直径第一暗环半径对应的出瞳中心张角该评价方法不很完善，存在的缺点：①像差可降低光学系统的分辨率，但小像差光学系统，其实际分辨率受像差的影响很小，不宜用分辨率来评价象质；而在大像差光学系统中，分辨率与系统的像差有关，常用分辨率作为成像质量指标。②用于分辨率检测的鉴别板，由于照明条件和接收器的不同，其检测结果也不同，有时可能认为像质较好，

5、有时认为较差。6③对照相物镜等作分辨检测时，有时会出现“伪分辨现象”，即在某一组条纹时已不能被分辨，但对更密一组的条纹反而可以分辨，这是因为对比度反转造成的。因此分辨率作为像质评价方法也不是一种严格而可靠的评价方法。优点：指标单一。便于测量，在像质检测中得到广泛应用。适用范围：大像差光学系统。7§9-3点列图在几何光学中，由一点发出的许多光线经光学系统成像后，由于像差的存在，使其与像面不再集中于一点，而是形成一个分布在一定范围内的弥散斑，称为点列图。利用点的密集程度来衡量光学系统的成像质量的方法，称为点

6、列图法。利用光线追迹法可精确表示出点物体的成像情况，即将入瞳的一半分成大量的等面积小单元，并把发自物点且穿过每一个小面元中心的光线，认为是代表通过光瞳的光能量。利用光线追迹就可求出在像面上的点子分布密度。因此光线越多，像面上点子数越多，越能反映出像面上的光强度分布情况。8利用点列图法来评价像质时，通常是利用集中30%以上的点或光线所构成的图形区域作为其实际有效弥散斑，其直径的倒数即为系统的分辨率。优点：简便易行，形象直观。缺点：计算量大，需借助计算机。适用范围：大像差光学系统。光瞳面上面元选取方法9§9

7、-4光学传递函数不管是瑞利判断、中心点亮度还是分辨率、点列图法来评价像质，都是基于将物体看作是发光点，并以一点成像时的能量集中程度来表征光学系统的成像质量。利用光学传递函数来评价像质，是基于把物体看作是由各种频率的谱组成的，即把物体的光场分布函数分解为付氏级数或付氏积分的形式。物体经光学系统成像，可认为物体传递效果是频率不变，但对比度和相位发生改变。这种对比度的降低和相位推移是随频率不同而不同的，其函数关系称为光学传递函数。该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，因此用该法来评价像质更

8、客观、更可靠。一般来说光学传递函数是由不同频率的分量组成，高频反映物体的细节传递情况，低频反映物体的轮廓传递情况。10一、利用MTF（调制传递函数）曲线来评价像质MTF是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（或振幅）的衰减程度。当某一频率的对比度下降为0时，表明该频率的光强分布无亮度变化，表明频率被截止。显然I的截止频率较小，但曲线I在低频部分的值较曲线II大很多。表明：在低频部分，曲线I的MTF值大于曲线II，即光