工程光學(xué)（1）_資料_于斌_課件_第9章

1、主講人：于斌辦公室：光電所324電話：26538592663903E_mail:2022年2月7日深圳大學(xué)光電工程學(xué)院第一章 幾何光學(xué)基本定律與成像概念第二章 理想光學(xué)系統(tǒng)第三章 平面與平面系統(tǒng)第四章 光學(xué)系統(tǒng)中的光束限制第六章 光線的光路計(jì)算及相差理論第七章 典型光學(xué)系統(tǒng)第九章 光學(xué)系統(tǒng)的像質(zhì)評(píng)價(jià)和像差公差9 9.1 .1 瑞利判斷與中心點(diǎn)亮度瑞利判斷與中心點(diǎn)亮度 9 9.2 .2 分辨率分辨率9 9.3 .3 點(diǎn)列圖點(diǎn)列圖9 9.4 .4 光學(xué)傳遞函數(shù)評(píng)價(jià)成像質(zhì)量光學(xué)傳遞函數(shù)評(píng)價(jià)成像質(zhì)量 9 9. .5 5 光學(xué)系統(tǒng)的像差公差光學(xué)系統(tǒng)的像差公差 主要內(nèi)容：主要內(nèi)容

2、： 實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量主要與系統(tǒng)的像差有關(guān)，實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量主要與系統(tǒng)的像差有關(guān)，在設(shè)計(jì)光學(xué)系統(tǒng)時(shí)必須考慮像差的校正。在設(shè)計(jì)光學(xué)系統(tǒng)時(shí)必須考慮像差的校正。9 9.1.1 .1.1 瑞利判斷瑞利判斷 9 9.1.2 .1.2 中心點(diǎn)亮度中心點(diǎn)亮度9 9.1.3 .1.3 瑞利判斷和中心點(diǎn)亮度法對(duì)比瑞利判斷和中心點(diǎn)亮度法對(duì)比 根據(jù)成像波面相對(duì)理想球面波的變形程度來判斷根據(jù)成像波面相對(duì)理想球面波的變形程度來判斷光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量。光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量。 實(shí)際波面與參考球面波之間最大波像差實(shí)際波面與參考球面波之間最大波像差W1/4W1/4時(shí)，此波面可看作是無缺陷的。時(shí)，此波面可看作是無缺陷的。

3、幾何像差幾何像差 波像差波像差積分積分 以光學(xué)系統(tǒng)存在像差時(shí)，其成像衍射斑的中心亮以光學(xué)系統(tǒng)存在像差時(shí)，其成像衍射斑的中心亮度和不存在像差時(shí)衍射斑的中心亮度之比度和不存在像差時(shí)衍射斑的中心亮度之比S.DS.D來表示來表示光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量。光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量。 當(dāng)當(dāng)S.D0.8S.D0.8時(shí)，認(rèn)為光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量是完善時(shí)，認(rèn)為光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量是完善的，這就是有名的斯托列爾（的，這就是有名的斯托列爾（K.Strehl)K.Strehl)準(zhǔn)則。準(zhǔn)則。瑞利判斷瑞利判斷中心點(diǎn)亮度中心點(diǎn)亮度根據(jù)波面變形程度衍射斑中心點(diǎn)亮度之比S.D判據(jù)/4S.D0.8優(yōu)點(diǎn)便于實(shí)際應(yīng)用。（幾何像差積分得波像差）便于實(shí)

4、驗(yàn)檢測(cè)缺點(diǎn)不夠嚴(yán)密，沒考慮缺陷部分在整個(gè)波面面積上的比重。計(jì)算復(fù)雜，實(shí)際中不便使用適用性 小像差光學(xué)系統(tǒng)，如望遠(yuǎn)鏡、顯微物鏡、微縮物鏡和制板物鏡等對(duì)成像質(zhì)量要求較高的系統(tǒng)。一、方法 1 1、瑞利準(zhǔn)則：、瑞利準(zhǔn)則：（圖（圖9-19-1）1.22D2 2、一般表達(dá)式：、一般表達(dá)式：140D二、優(yōu)缺點(diǎn) u 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：指標(biāo)單一，便于測(cè)量。指標(biāo)單一，便于測(cè)量。u 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：不夠嚴(yán)格、可靠，表現(xiàn)在下列三點(diǎn)：不夠嚴(yán)格、可靠，表現(xiàn)在下列三點(diǎn)：u1 1、只適于大像差光學(xué)系統(tǒng)。、只適于大像差光學(xué)系統(tǒng)。u 小像差光學(xué)系統(tǒng)幾乎只與相當(dāng)孔徑有關(guān)。小像差光學(xué)系統(tǒng)幾乎只與相當(dāng)孔徑有關(guān)。u2 2、與實(shí)際物體有很大差別。、

5、與實(shí)際物體有很大差別。u 照明條件和接收器的不同，檢測(cè)結(jié)構(gòu)也不同。照明條件和接收器的不同，檢測(cè)結(jié)構(gòu)也不同。u3 3、存在偽分辨率現(xiàn)象。、存在偽分辨率現(xiàn)象。u 即分辨率鑒別中已無法分辨某一組條紋，但卻即分辨率鑒別中已無法分辨某一組條紋，但卻能分辨更密的條紋。能分辨更密的條紋。一、原理點(diǎn)列圖法：點(diǎn)列圖法：二、方法 u1、光線選擇：（圖9-2）u2、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：30%u優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：u原理簡單，方法易行，在大像差的照相物原理簡單，方法易行，在大像差的照相物鏡設(shè)計(jì)中得到應(yīng)用。鏡設(shè)計(jì)中得到應(yīng)用。利用彌散點(diǎn)的密集程度來衡量光學(xué)系統(tǒng)利用彌散點(diǎn)的密集程度來衡量光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量的方法。的成像質(zhì)量的方法。點(diǎn)列圖：點(diǎn)

6、列圖： 由于像差的存在，點(diǎn)像不再集中于一點(diǎn)，由于像差的存在，點(diǎn)像不再集中于一點(diǎn)，而是一個(gè)分布在一定范圍的彌散斑。而是一個(gè)分布在一定范圍的彌散斑。u缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：u需作大量的光路計(jì)算，工作量大。需作大量的光路計(jì)算，工作量大。u3、優(yōu)缺點(diǎn)比較：一、原理1 1、理論基礎(chǔ)、理論基礎(chǔ) 物體：發(fā)光體的集合？各種頻率的譜構(gòu)成？物體：發(fā)光體的集合？各種頻率的譜構(gòu)成？2 2、光學(xué)傳遞函數(shù)、光學(xué)傳遞函數(shù) 光學(xué)系統(tǒng)對(duì)物體不同頻率成分的傳遞能力。光學(xué)系統(tǒng)對(duì)物體不同頻率成分的傳遞能力。3 3、優(yōu)點(diǎn)：綜合性、客觀性、適應(yīng)性、優(yōu)點(diǎn)：綜合性、客觀性、適應(yīng)性二、具體應(yīng)用1 1、利用、利用MTFMTF曲線判斷成像質(zhì)量：曲線判斷成像

7、質(zhì)量：（圖（圖9-39-3） 原理：原理：某一頻率的對(duì)比度下降到零時(shí)，說明該某一頻率的對(duì)比度下降到零時(shí)，說明該頻率被截止。頻率被截止。2 2、利用、利用MTFMTF曲線下面積進(jìn)行判斷：曲線下面積進(jìn)行判斷：（圖（圖9-49-4） 原理：原理：像點(diǎn)中心亮度值與像點(diǎn)中心亮度值與MTFMTF曲線的包容面積有曲線的包容面積有對(duì)應(yīng)關(guān)系。對(duì)應(yīng)關(guān)系。一、望遠(yuǎn)物鏡和顯微物鏡的像差公差 屬大孔徑、小視場(chǎng)的系統(tǒng)，需要保證軸上物點(diǎn)和屬大孔徑、小視場(chǎng)的系統(tǒng)，需要保證軸上物點(diǎn)和近軸物點(diǎn)具有好的像質(zhì)，因此要校正好球差、正弦差近軸物點(diǎn)具有好的像質(zhì)，因此要校正好球差、正弦差和色差。和色差。二、照相物鏡的像差公差 屬大孔徑、大視

8、場(chǎng)的系統(tǒng)，應(yīng)校正全部像差。屬大孔徑、大視場(chǎng)的系統(tǒng)，應(yīng)校正全部像差。三、望遠(yuǎn)目鏡和顯微目鏡的像差公差 目鏡視場(chǎng)角大，應(yīng)校正好軸外點(diǎn)像差。目鏡視場(chǎng)角大，應(yīng)校正好軸外點(diǎn)像差。望遠(yuǎn)物鏡和顯微物鏡的像差公差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、色差公差按波色差計(jì)算為按波色差計(jì)算為0.70726(97)sinmLnu2(98)sinmmLnu0.0025(99)SC 2(910)sinFCmLnu()(911)42FCFCWDdn目鏡像差公差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)sinTmknu4

9、 4、場(chǎng)曲公差、場(chǎng)曲公差5 5、畸變公差、畸變公差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照相物鏡的像差公差屬大孔徑、大視場(chǎng)的系統(tǒng)，應(yīng)校正全部像差。屬大孔徑、大視場(chǎng)的系統(tǒng)，應(yīng)校正全部像差。接收器有一定的顆粒度，無需很高的像差要求。接收器有一定的顆粒度，無需很高的像差要求。照相物鏡的分辨率應(yīng)大于接收器的分辨率，即：照相物鏡的分辨率應(yīng)大于接收器的分辨率，即：所以照相物鏡所允許的彌散斑直徑應(yīng)為所以照相物鏡所允許的彌散斑直徑應(yīng)為 系數(shù)（系數(shù)（1.51.21.51.2）是考慮到彌散圓的能量分布，）是考慮到彌散圓的能量分布，也就是把彌散圓直徑的也就是把彌散圓直徑的6065%6065%作為影響分辨率的亮核。作為影響分辨率的亮核。LdNN