光学设计成像优化理论ppt课件.ppt

《光学设计成像优化理论ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、3.1几何像差的曲线表示3.2瑞利(Reyleigh)判断和中心点亮度3.3分辨率3.4点列图3.5利用光学传递函数评价成像质量3.6其他像质评价方法3.7光学系统的像差公差第3章光学系统的像质评价和像差容限3.1.1独立几何像差的曲线表示1.轴上点的球差和轴向色差曲线　　对一个轴上物点来说，它只有两种像差——球差和轴向色差。通常把这两种像差画在一个像差曲线图上，如图3-1(a)(p31)所示，图中纵坐标代表光束口径h，横坐标代表球差和轴向色差。3.1几何像差的曲线表示2.正弦差曲线　　以光束口径h(或相对值h/hm)为纵坐标，正弦差SC′为横坐标,它表示近轴物点不同口

2、径光线的相对彗差。3.细光束像散曲线4.垂轴色差曲线5.畸变曲线6.轴外物点子午球差和子午彗差曲线轴外物点子午球差子午彗差曲线3.1.2垂轴几何像差曲线(像差特征曲线)图3-2子午垂轴像差曲线最理想的曲线应该是和横坐标相重合的一条直线，说明所有光线都聚交于像面上的同一点。曲线的纵坐标上对应的区间就是子午光束在理想像平面上的最大弥散范围.图3-2子午垂轴像差曲线P32图3-2子午垂轴像差曲线P32图3-2子午垂轴像差曲线子午垂轴像差曲线的形状当然是子午像差，而子午像差是由细光束子午场曲、子午球差和子午彗差决定的，因此曲线形状和像差数量的对应关系经常在校正像差过程中用到。曲线的位置和形状与

3、像差数量的对应关系→校正像差。图3-3轴外成像光束由图3-3得：公式右边分母上的　　相对于　　　　是可以忽略的：图3-4子午垂轴像差曲线宽光束子午场曲和子午垂轴像差曲线上对应的子午光线对连线的斜率成正比。过坐标原点（对应主光线）的切线的斜率和细光束子午场曲相对应。子午光线对连线的斜率和切线的斜率之差则和子午球差成比例，即连线和切线之间的夹角越大，子午球差越大。子午光线对的连线和纵坐标交点的高度就是子午彗差。讨论：图3-5弧矢垂轴像差曲线注意：望远镜物镜一般只需要作出球差和轴向色差曲线以及正弦差曲线。目镜只要作出细光束像散曲线、垂轴色差曲线和子午彗差曲线.3.2.1瑞利判断实际波

4、面和理想波面之间的最大波像差不超过λ/4，此波面可以看成是无缺陷的。3.2瑞利(Reyleigh)判断和中心点亮度优点：简单、实用缺点：不够严密主要应用于小像差系统：望远镜、显微物镜、微缩物镜和制版物镜等对成像质量要求较高的系统。图3-6望远物镜出射波面图轴上点0.707全视场3.2.2中心点亮度依据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来表示光学系统的成像质量，此比值用    来表示。当        　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（K.Strehl）准则。斯托列尔准则同样是一种高质量的像质评价标准

5、，它也只适用于小像差光学系统。但由于其计算相当复杂，在实际中不便应用。*当最大波像差为λ/4时，其中心点亮度约等于0.8，二种评价成像质量的方法是一致的。图3-7像点能量分布图瑞利指出“能分辨的两个等亮度点间的距离对应艾里斑的半径”，即一个亮点的衍射图案中心与另一个亮点的衍射图案的第一暗环重合时，则这两个亮点能被分辨，如图3-8(b)所示。这时在两个衍射图案光强分布的叠加曲线中有两个极大值和一个极小值，其极大值与极小值之比为1∶0.735，这与光能接收器(如眼睛或照相底板)能分辨的亮度差别相当。若两亮点更靠近时(如图3-8(c)所示)，则光能接收器就不能再分辨出它们是分离开的两个点了

6、。3.3分辨率图3-8瑞利分辨极限根据衍射理论，无限远物体经过理想光学系统后形成的衍射图案中，第一暗环半径对出射光瞳中心的张角为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(3-1)Δθ为光学系统的最小分辨角；D为出瞳直径。对λ=0.555μm的单色光，最小分辨角以“″”为单位，D以mm为单位来表示时，有　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(3-2)图3-9ISO12233鉴别率板分辨率作为光学系统成像质量的评价方法并不是一种完善的方法：1.适用于大像差光学系统2.与实际物体的亮度背景有着很大的差别3.有时会出现“伪分辨现像”，即分辨率在鉴别率板的某一组条纹时已不能分

7、辨，但对更密一组的条纹反而可以分辨3.4点列图点列图：在几何光学的成像过程中，由一点发出的许多条光线经光学系统成像后，由于像差的存在，使其与像面的交点不再集中于一点，而是形成一个分布在一定范围内的弥散图形。点列图法：在点列图中利用这些点的密集程度来衡量光学系统的成像质量的方法。＊利用点列图法来评价照相物镜等的成像质量时，通常是利用集中30％以上的点或光线所构成的图形区域作为其实际有效弥散斑，弥散斑直径的倒数为系统的分辨率。＊对轴外物点发出的光束