第八章 光学系统成像质量评价

第八章光学系统成像质量评价Chapter5:Evaluationsforopticalimagesystems§8-1IntroductionAberrations§8-1Introduction对光学系统的要求一阶要求三阶要求有效焦距和后焦距F-数像距像面大小主平面位置顶点到主平面间距离入瞳尺寸和位置出瞳尺寸和位置拉格朗日不变量球差最小弥散斑位置和大小彗差像散平均焦点位置和大小匹兹瓦曲率畸变波前方差斯特列尔比需要的二次曲线常数决定成像特性决定成像好坏评估光学系统的像差对制作完成的光学系统进行测量评估在设计过程中对光学系统进行评估§8-1Introduction分辨率检验、星点检验几何像差、波像差、点列图、光学传递函数、斯特列尔比等分辨率检验§8-1Introduction分辨率：光学系统所能分辨的最小间隔δ(/mm)的倒数μ(lp/mm)空间频率：)lp/mm(1分辨率检验§8-1Introduction分辨率：光学系统所能分辨的最小间隔δ(/mm)的倒数μ(lp/mm)空间频率：)lp/mm(1m5lp/mm200星点检验§8-1Introduction§8-2介质的色散和光学系统的色差cn色散红色光紫色光速度快速度慢折射率小折射率大色散：两种不同颜色光线折射率之差称为该介质对这两种色光的色散2112nnn中部色散CFFCnnnF656.3nmC486.1nmFraunhoferwavelength2111)1('1rrnf§8-2介质的色散和光学系统的色差色散CFdnnn1d587.6nm阿贝数§8-2介质的色散和光学系统的色差玻璃图§8-2介质的色散和光学系统的色差2111)1('rrnfCFd'''CFFClll轴向色差'Fl'Cl§8-2介质的色散和光学系统的色差CFd'''CFFCyyy垂轴色差'Fy'Cy'dytan''fy§8-3轴上像点的单色像差——球差通常的带光划分：0；0.3；0.5；0.7071；0.85；1.0R'R222''RRR22'2RRRRR7071.02'§8-3轴上像点的单色像差——球差球差（Sphericalaberration）:'''lLLm最小弥散圆§8-3轴上像点的单色像差——球差通常使用带光:0；0.7071；1.0'''0.1lLL带光'L§8-3轴上像点的单色像差——球差球差欠校正0'L球差过校正0'L§8-4轴外像点的单色像差BZChiefrayMMMeridianSurfaceSagittalSurfaceDD'B§8-4轴外像点的单色像差MeridianaberrationsBMM'TBZ'TX'TK'tB'tx'L'TX子午场曲子午彗差'TK细光束子午场曲'tx轴外子午球差'''tTTxXL场曲:Fieldcurvature彗差:ComaChiefray§8-4轴外像点的单色像差SagittalaberrationsBDD'SBZ'SX'SK'sB'sx'L'SX弧矢场曲弧矢彗差'SK细光束弧矢场曲'sx轴外弧矢球差'''sSSxXLChiefray§8-4轴外像点的单色像差Sagittalaberrations'31'TSKK§8-4轴外像点的单色像差小视场大孔径正弦差:定义为彗差与像高的比值在像高趋于零时的极限.用SC’表示''lim'0'yKSCSy1'''''sin'sin'11zzlLlluUuUSC小孔径0',',','～KLKLSSTT','stxx轴外像差由决定§8-4轴外像点的单色像差Astigmatism'''sttsxxxChiefray'sB'tB子午焦线弧矢焦线'sx'tx平均场曲:把子午焦线(焦点)和弧矢焦线(焦点)的中点到理想像平面的距离作为系统实际场曲大小的度量.2'''stxxx§8-4轴外像点的单色像差Astigmatism§8-4轴外像点的单色像差Astigmatism0'0'0''0''0''STsStTstKKxXxXxx若BZMMDD'B§8-4轴外像点的单色像差DistortionBMMZChiefrayImage'0y'zy畸变:'''0yyyzz正常正畸变:鞍形畸变负畸变:桶形畸变''''000yyyyzz§8-4轴外像点的单色像差Aberrations球差:sphericalaberration彗差:coma场曲:fieldcurvature像散:astigmatism畸变:distortion轴向色差:axialchromatism垂轴色差:lateralchromatism轴上点像差:球差、轴向色差轴外点像差:彗差、场曲、像散、畸变、垂轴色差单色像差:球差、彗差、场曲、像散、畸变色差:轴向色差、垂轴色差§8-5几何像差的曲线表示像差的曲线表示§8-5几何像差的曲线表示像差的曲线表示§8-5几何像差的曲线表示Spotdiagram'''zyyyZ§8-5几何像差的曲线表示Encircledenergy'''zyyyZ§8-6用波像差评价光学系统的成像质量实际波面理想波面波像差§8-7理想光学系统的分辨率圆孔衍射max'sin'22.12UnR§8-7理想光学系统的分辨率瑞利判据max'sin'61.0UnR§8-7理想光学系统的分辨率对比度:contrast在邻近区域内,光强极大值和极小值之差与极大值和极小值之和的比值,用K表示.minmaxminmaxIIIIK§8-7理想光学系统的分辨率斯特列尔比:StrehlRatio有像差的衍射图样中心强度与无像差的衍射中心强度之比aberrationnonaberrationIIRatioStrehl§8-8各类光学系统分辨率的表示方法望远镜分辨率max'sin'61.0'Uny'tan''ffy'f'2'sinmaxfDUmax'UD22.11'n对于人眼最灵敏的555nmD140'y§8-8各类光学系统分辨率的表示方法照相系统分辨率DnfR''22.1'2'sinmaxfDUmax'sin'61.0UnR1'nDfF'FR22.1照相物镜的分辨率用每毫米能够分辨的线对数N表示,它等于R的倒数FRN22.111nm555mmlpFN/1500§8-8各类光学系统分辨率的表示方法显微物镜分辨率max'sin'61.0UnR设显微物镜能分辨的最小物空间距离为'''unnuyyRNAnuunnuunRnuun61.061.0''61.0''''§8-9用光学传递函数评价系统的像质调制传递函数（MTF）MTF：像空间对比度与物空间对度之比objectimageKKMTF截止频率170页作业12347