光学系统成像质量评价

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1、第八章光学系统成像质量评价8.1概述像质评价标准：清晰、物像相似、变形小像差：实际像与理想像之间的差异像质评价方法系统制造完成后系统设计阶段分辨率检验星点检验几何光学方法物理光学方法几何方法：几何像差、波像差、点列图、几何光学传递函数物理方法：扩散函数、相对中心光强、物理光学传递函数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。

2、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CdFlFlCyFyc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

3、，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

4、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

5、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：彗星头朝向光轴负彗差：彗星尾巴朝向光轴弧矢慧差彗差图形子午面内弧矢面内慧差讨论：物点离光轴越远，彗差越大对给定的离轴物点，成像光束愈大，彗差愈大与透镜的形状和物点的轴向位置有关慧差消除方法：满足阿贝正弦条件的光学系统无彗差；配曲，适当选取透镜的曲率半径（形状）和位置因子；采用正负透镜的胶合，能同时校正球差和彗差。二、像散若把光阑缩到无限小，只允许沿主光线的无限细光束通过，则彗差不存在，但是有细光束的像散和场曲存在。像散：光束的子午像

6、点和弧矢像点不重合，两者分开的距离。宽光束像散细光束像散像散的大小随物体离开光轴的高低不同而不同由于对称性，像散曲面为一旋转抛物面影响像散的因素：与远光束相对于光轴的倾角有关与f’和n’有关消除像散的方法：正负透镜象散相反，胶合后可消除；合理确定光阑位置，使T和S两个抛物面重合为一个抛物面P，这个面称为佩兹伐（Pettzval）曲面。三、场曲当一个系统象散完全消除时，即处于Pettzval曲面状态时，垂直于光轴的平面仍然不能为平面，则称这种像场弯曲为场曲。像场弯曲的效果是不论像面在任何平面位置，像总是一部分清晰，一部分不清晰。子午宽光束场曲：子午宽光束的交点沿光轴方向到高斯像面的距离

7、子午细光束场曲：轴外宽光束的交点与细光束的交点沿光轴方向的偏离称为轴外子午球差。场曲影响因素：与焦面位置和物体高度有关与n有关与光阑位置有关场曲消除方法：加光阑，可以减小单透镜场曲例：照相物镜在负弯月透镜前加光阑组合系统，复杂化系统，适当选择焦距和n将探测器面弯曲以适应场曲例：大幅航空相机四、畸变以上几种像差的共同特点是：像点被弥散斑所代替，破坏了像的清晰程度。畸变并不影响像的清晰程度，但影响像和物的几何相似性。当孔阑位置移动，球差的影响,不同视场的主光线