第八章 光学系统成像质量评价.ppt

一图像分解与合成 把物平面分解成无穷多个物点，每个物点通过光学系统以后，在像面上形成一个弥散斑．弥散斑累加得到像面 利用傅立叶变换的方法，对物平面作另一种形式的分解 把物体看作是由各种频率的谱组成，对物体的光场分布函数展开成傅立叶级数或傅立叶积分 空间频率 振幅频谱函数（对比度） 位相频谱函数 　把物面图形分解成余弦基元来研究光学系统的成像性质 传函测量要使用光学传递函数测试仪，下图是一台传函测试仪，使用时只要将被测物镜装夹好，将光点调到最小，就可以得到这个物镜光学传递函曲线图 没有象差时的归一化频率响应 m=0 有象差时的OTF的频率响应（球差1） 有象差时的OTF的频率响应（球差2） 有象差时的OTF的频率响应（球差3） 四、场曲 y/h z P 当只存在场曲，整个光束交于一点，但交点和理想想点不重合。 理想像面 孔径光阑 H’h’, H’h’ (枕形畸变) (桶形畸变) 五、畸变 物平面上不同部分具有不同的垂轴放大率，使像与物不相似。 H’—实际光线高度 h’—近轴光线高度 物高 畸变 入瞳 畸变产生原因： 主光线经光学系统折射存在球差 畸变不影响像平面的清晰度。 § 8-5 像差曲线 * 在3 之前结合图 * 高档的像质评价方法 分辨率检验 分辨率板 空间频率(lp/mm) 每毫米能分辨的线对数 光学系统分辨率越高，能分辨的最小间隔越小，对应的空间频率越大。 星点检验 使被测镜头对准星点板成像,然后通过显微镜观察图像的形状和大小,可迅速评定出镜头的成像质量好坏。 8.2 介质的色散和光学系统的色差 色散：介质对不同波长（颜色）的光具有不同的折射率。 介质的中部色散：C光与F光的折射率之差代表介质色散的大小 C d F lF lC yF yc 点物不能成点像，而得到不同位置的单色像，某一截面为彩色弥散斑。 轴向色差：不同颜色光线的像点沿光轴方向的位置之差。 现象：彩色光斑 垂轴色差：不同颜色光线的放大率不一样，所成像的大小差异。 对轴外点来说，不同色光的焦距不等时，垂轴放大 率也不相等，因而有不同像高 用不同玻璃做成正透镜和负透镜，组合在一起就可消除色差。 8.3 单色像差 初级像差 像差类别 一、球差 轴上物点发出的光束，经光学系统以后，与光轴夹不同角度的光线交光轴于不同位置，在像面上形成一个圆形弥散斑，这就是球差。 近轴像平面 轴向球差 垂轴球差 接收屏在空间沿着主光轴移动，接收到的弥散斑都是圆形的，位置不同，弥散斑的直径也不同 。 利用正负透镜的组合可以消除球差。 消除球差的方法： （1）配曲（利用透镜形状与球差的关系消除单透镜的像差） 改变透镜两球面的曲率半径可减小单透镜的球差。 用配曲法不可能将一个透镜的球差完全消除。 （2）组合（正负透镜的组合，组合方式：胶合或分离） 凸透镜的球差是负的，凹透镜的球差是正的。两者粘 合组成复合透镜，可使某个高度h上的球差完全抵消。 （3）最简单的方法 在透镜前加一个光阑只让近轴光线通过。 说明： 不论采取什么措施，多复杂的系统，一般都只能对某一非近轴环节消球差，而不能同时对各种孔径角的环节消球差。总有一定的剩余球差。 主要包括 ①其它环带的问题 ②高阶球差问题 8.4 轴外像点的单色像差 子午面: 由主光线和光轴决定的平面 子午光线：位于子午面内的光线 弧矢面: 过主光线并与子午面垂直的平面 弧矢光线：弧矢面内不交光轴的光线 弧矢慧差 子午慧差 一、彗差(粗光束) -----轴外物点发出的粗光束，经系统后所成的像对主 光线失去对称的一种像差。 子午彗差：上下光线经系统后的交点BT’对主光线的垂直于 光轴方向的偏离KT’ 子午光线的结构特点： （1）子午面光线经系统成像仍在子午面内; （2）由于系统像差的存在, 对称于主光线两侧的“子午光 线对”, 经系统后,交点不在主光线上,也不交在理想 像面上。 子午慧差 弧矢彗差：前后光线经系统后的交点BS’到主光线的垂直于 光轴方向的距离KS’ 弧矢面光线的结构特点: 由于系统像差的存在,对称于主光线两侧的弧矢光线对经系统后交点必然在子午面上,但不在主光线上,也不在理想像面上。 正彗差：