工程光学（1）-资料-于斌-课件-第9章.ppt

1、主讲人：于斌办公室：光电所324电话：26538592,15999623903,663903E_mail:2022年1月18日深圳大学光电工程学院第一章 几何光学基本定律与成像概念第二章 理想光学系统第三章 平面与平面系统第四章 光学系统中的光束限制第六章 光线的光路计算及相差理论第七章 典型光学系统第九章 光学系统的像质评价和像差公差9 9.1 .1 瑞利判断与中心点亮度瑞利判断与中心点亮度 9 9.2 .2 分辨率分辨率9 9.3 .3 点列图点列图9 9.4 .4 光学传递函数评价成像质量光学传递函数评价成像质量 9 9. .5 5 光学系统的像差公差光学系统的像差公差 主要内容：主要内

2、容： 实际光学系统的成像质量主要与系统的像差有关，实际光学系统的成像质量主要与系统的像差有关，在设计光学系统时必须考虑像差的校正。在设计光学系统时必须考虑像差的校正。9 9.1.1 .1.1 瑞利判断瑞利判断 9 9.1.2 .1.2 中心点亮度中心点亮度9 9.1.3 .1.3 瑞利判断和中心点亮度法对比瑞利判断和中心点亮度法对比 根据成像波面相对理想球面波的变形程度来判断根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。光学系统的成像质量。 实际波面与参考球面波之间最大波像差实际波面与参考球面波之间最大波像差W1/4W1/4时，此波面可看作是无缺陷的。时，此波面可看作是无缺陷的

3、。几何像差几何像差 波像差波像差积分积分 以光学系统存在像差时，其成像衍射斑的中心亮以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时衍射斑的中心亮度之比度和不存在像差时衍射斑的中心亮度之比S.DS.D来表示来表示光学系统的成像质量。光学系统的成像质量。 当当S.D0.8S.D0.8时，认为光学系统的成像质量是完善时，认为光学系统的成像质量是完善的，这就是有名的斯托列尔（的，这就是有名的斯托列尔（K.Strehl)K.Strehl)准则。准则。瑞利判断瑞利判断中心点亮度中心点亮度根据波面变形程度衍射斑中心点亮度之比S.D判据/4S.D0.8优点便于实际应用。（几何像差积分得波像差）便于

4、实验检测缺点不够严密，没考虑缺陷部分在整个波面面积上的比重。计算复杂，实际中不便使用适用性 小像差光学系统，如望远镜、显微物镜、微缩物镜和制板物镜等对成像质量要求较高的系统。一、方法 1 1、瑞利准则：、瑞利准则：（图（图9-19-1）1.22D2 2、一般表达式：、一般表达式：140D二、优缺点 u 优点：优点：指标单一，便于测量。指标单一，便于测量。u 缺点：缺点：不够严格、可靠，表现在下列三点：不够严格、可靠，表现在下列三点：u1 1、只适于大像差光学系统。、只适于大像差光学系统。u 小像差光学系统几乎只与相当孔径有关。小像差光学系统几乎只与相当孔径有关。u2 2、与实际物体有很大差别。

5、、与实际物体有很大差别。u 照明条件和接收器的不同，检测结构也不同。照明条件和接收器的不同，检测结构也不同。u3 3、存在伪分辨率现象。、存在伪分辨率现象。u 即分辨率鉴别中已无法分辨某一组条纹，但却即分辨率鉴别中已无法分辨某一组条纹，但却能分辨更密的条纹。能分辨更密的条纹。一、原理点列图法：点列图法：二、方法 u1、光线选择：（图9-2）u2、评价标准：30%u优点：优点：u原理简单，方法易行，在大像差的照相物原理简单，方法易行，在大像差的照相物镜设计中得到应用。镜设计中得到应用。利用弥散点的密集程度来衡量光学系统利用弥散点的密集程度来衡量光学系统的成像质量的方法。的成像质量的方法。点列图：

6、点列图： 由于像差的存在，点像不再集中于一点，由于像差的存在，点像不再集中于一点，而是一个分布在一定范围的弥散斑。而是一个分布在一定范围的弥散斑。u缺点：缺点：u需作大量的光路计算，工作量大。需作大量的光路计算，工作量大。u3、优缺点比较：一、原理1 1、理论基础、理论基础 物体：发光体的集合？各种频率的谱构成？物体：发光体的集合？各种频率的谱构成？2 2、光学传递函数、光学传递函数 光学系统对物体不同频率成分的传递能力。光学系统对物体不同频率成分的传递能力。3 3、优点：综合性、客观性、适应性、优点：综合性、客观性、适应性二、具体应用1 1、利用、利用MTFMTF曲线判断成像质量：曲线判断成

7、像质量：（图（图9-39-3） 原理：原理：某一频率的对比度下降到零时，说明该某一频率的对比度下降到零时，说明该频率被截止。频率被截止。2 2、利用、利用MTFMTF曲线下面积进行判断：曲线下面积进行判断：（图（图9-49-4） 原理：原理：像点中心亮度值与像点中心亮度值与MTFMTF曲线的包容面积有曲线的包容面积有对应关系。对应关系。一、望远物镜和显微物镜的像差公差 属大孔径、小视场的系统，需要保证轴上物点和属大孔径、小视场的系统，需要保证轴上物点和近轴物点具有好的像质，因此要校正好球差、正弦差近轴物点具有好的像质，因此要校正好球差、正弦差和色差。和色差。二、照相物镜的像差公差 属大孔径、大

8、视场的系统，应校正全部像差。属大孔径、大视场的系统，应校正全部像差。三、望远目镜和显微目镜的像差公差 目镜视场角大，应校正好轴外点像差。目镜视场角大，应校正好轴外点像差。望远物镜和显微物镜的像差公差1 1、球差公差、球差公差2 2、正弦差公差、正弦差公差3 3、色差公差、色差公差按波色差计算为按波色差计算为0.70726(97)sinmLnu2(98)sinmmLnu0.0025(99)SC 2(910)sinFCmLnu()(911)42FCFCWDdn目镜像差公差1 1、子午彗差公差、子午彗差公差2 2、弧矢彗差公差、弧矢彗差公差3 3、像散公差、像散公差21.5(912)sinTmknu

9、4 4、场曲公差、场曲公差5 5、畸变公差、畸变公差6 6、倍率色差公差、倍率色差公差2(913)sinSmknuts2(914)sinmxnuts41000(915)41000fxfx目目100%5%(916)zzyyyy34402 4(917)FCyf照相物镜的像差公差属大孔径、大视场的系统，应校正全部像差。属大孔径、大视场的系统，应校正全部像差。接收器有一定的颗粒度，无需很高的像差要求。接收器有一定的颗粒度，无需很高的像差要求。照相物镜的分辨率应大于接收器的分辨率，即：照相物镜的分辨率应大于接收器的分辨率，即：所以照相物镜所允许的弥散斑直径应为所以照相物镜所允许的弥散斑直径应为 系数（系数（1.51.21.51.2）是考虑到弥散圆的能量分布，）是考虑到弥散圆的能量分布，也就是把弥散圆直径的也就是把弥散圆直径的6065%6065%作为影响分辨率的亮核。作为影响分辨率的亮核。LdNN22(1.5 1.2) /(918)LyN极坐标布点直角坐标布点遮挡效应1、作为目视系统，的分辨率较高；2、作为摄影系统，的分辨率较高；a）在一定截止频率范围内，只有获得较大的MTF值才能传递较多信息。b）为光学系统MTF曲线，为接收器分辨率极值曲线。两者所围面积越大，表示系统的成像质量越好。