光電子學(xué)課件第五章

光電子學(xué)課件第五章第1頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日1.點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)定義：光學(xué)系統(tǒng)對點(diǎn)源所成的像稱為該系統(tǒng)的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)（pointspreadfunction，PSF）。對光學(xué)系統(tǒng)來講，輸入物為一點(diǎn)光源時(shí)其輸出像的光場分布稱為點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)。在數(shù)學(xué)上點(diǎn)光源可用δ函數(shù)（點(diǎn)脈沖）代表，輸出像的光場分布叫做脈沖響應(yīng)，所以點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)也就是光學(xué)系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)函數(shù)。也稱為脈沖的響應(yīng)函數(shù)、格林函數(shù)、夫瑯禾費(fèi)衍射函數(shù)第2頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日第3頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日第4頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日第5頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日第6頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日補(bǔ)充：像質(zhì)評價(jià)關(guān)于光學(xué)系統(tǒng)的性能主要有兩個(gè)方面，一是對光學(xué)系統(tǒng)的特性參數(shù)的要求，如焦距、物距、像距、放大率、入瞳及出瞳等；二是成像質(zhì)量，光學(xué)系統(tǒng)成的像應(yīng)足夠清晰，變形小。第二種方法是檢查其像差形成的彌散斑的大小，以便確定像質(zhì)的優(yōu)劣。第7頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日第三種方法是檢查光學(xué)系統(tǒng)成像的波像差。對理想光學(xué)系統(tǒng)，從一個(gè)點(diǎn)光源發(fā)出的同心光束，不論其孔徑角多大，在經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)折射或反射后，應(yīng)成像于一點(diǎn)。根據(jù)光的波動(dòng)學(xué)說，光線是波面的法線，理想光學(xué)系統(tǒng)成的像點(diǎn)應(yīng)是球形波陣面的中心。在有像差時(shí)，波面就不再是以理想像點(diǎn)為中心的球面。實(shí)際波面與理想波面之間的光程差，就稱為波像差，它可作為評價(jià)像質(zhì)的指標(biāo)。第8頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日像質(zhì)評價(jià)典型的測試空間分辨率用圖第9頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日在很多情況下波像差比幾何像差更能反映成像質(zhì)量。一般認(rèn)為最大波像差小于1/4波長時(shí)，該系統(tǒng)的像質(zhì)與理想光學(xué)系統(tǒng)無顯著區(qū)別，這個(gè)規(guī)則稱為瑞利準(zhǔn)則。一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)瞳面上的波像差分布圖，圖中的數(shù)字表示波長的倍數(shù)第10頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日2.斯特列爾比PSF是用于掃描像質(zhì)的兩個(gè)最完全的函數(shù)之一（另一個(gè)是光學(xué)傳遞函數(shù)OTF），但計(jì)算復(fù)雜。為方便，研究其派生出來的簡化函數(shù)→斯特列爾比定義：實(shí)際系統(tǒng)峰值光強(qiáng)與衍射極限系統(tǒng)峰值光強(qiáng)之比。光學(xué)系統(tǒng)的相位差第11頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日對于無像差的系統(tǒng)，高斯像面上的像點(diǎn)擁有最大的光強(qiáng)，如存在像差，光強(qiáng)最大的位置稱作衍射焦點(diǎn)（diffractionfocus），對小像差系統(tǒng)，最大光強(qiáng)點(diǎn)的位置可通過給波前函數(shù)附加少量的傾斜和離焦量以使得波前差的方差變得最小來找到。在有像差情況下的高斯像點(diǎn)（參考球面波的起點(diǎn)就是觀察平面上的最大光強(qiáng)點(diǎn)）處的光強(qiáng)除以無像差存在時(shí)高斯像點(diǎn)的光強(qiáng)，就叫做斯特列爾比（Strehlratio），或者叫做斯特列爾定義（StrehlDefinition）、斯特列爾強(qiáng)度（StrehlIntensity）。第12頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日第13頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日第14頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日3.周圍能量與空間頻率的關(guān)系出射角出射角光柵周期第15頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日第16頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日第17頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日第18頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日5.4光學(xué)傳遞函數(shù)第19頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日1948年“光學(xué)傳遞函數(shù)”—美國電視工作者賽德（O.Schade）1962年英國霍普金斯（H.H.Hopkins）將光學(xué)傳遞函數(shù)（Opticaltransferfunction—OTF）用于光學(xué)設(shè)計(jì)。第20頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日PSF：點(diǎn)光源成像表面輻射連續(xù)分布的物體成像→光學(xué)傳遞函數(shù)（OTF）第21頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日線性網(wǎng)絡(luò)的電壓傳遞網(wǎng)絡(luò)的電壓傳遞函數(shù)第22頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日電壓傳遞函數(shù)與光學(xué)傳遞函數(shù)的對比二者形式相似電壓傳遞函數(shù)是電路系統(tǒng)的時(shí)間頻率響應(yīng)函數(shù)光學(xué)傳遞函數(shù)是光學(xué)成像系統(tǒng)的空間頻率響應(yīng)函數(shù)第23頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日傳遞函數(shù)在象質(zhì)評價(jià)上的意義

圖5MTF與象質(zhì)評價(jià)Ⅰ1.00.80.60.40.2ⅡfCⅠfCⅡMTF第24頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日測量OTF的方法——正弦光柵法

光源聚光鏡濾光鏡狹縫被檢物鏡平行光管光柵分析器第25頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日測量OTF的方法——針孔法

第26頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日刀口法光源聚光鏡狹縫被檢物鏡光電管及信號(hào)處理