最新像质评价与像差公差课件分解教学讲义ppt.ppt

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1、像质评价与像差公差课件分解§9-1瑞利判断和中心点亮度由前面知识，在不考虑衍射现象影响时，光学系统的成像质量主要与系统的像差大小有关，因此设计任何光学系统时都必须考虑像差的校正。但任何光学系统都不可能也没必要把所有像差都校正掉，因此存在剩余像差及其公差，有必要提出光学系统成像质量的评价方法。一、瑞利判断瑞利认为“实际波面与参考球面波之间的最大波像差不超过λ/4时，此波面可看作是无缺陷的”，即瑞利判断。它依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的。并给出最大波像差公差：W<λ/4时，成像质量是良好的。2优点：便于实际应用。只要

2、计算出几何像差曲线，再对其积分就可得到波像差，即可判断成像的优劣。同时还可用它求出几何像差的公差。缺点：不够严密，没有考虑局部缺陷在整个波面面积中的分量。适用范围：是一种较为严格的像质评价方法，适用于小像差光学系统，如显微镜、望远镜等对像质要求较高的系统。二、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的。即斯托列尔准则：S.D≥0.8时，认为像质是完善的。缺点：计算复杂，不便实际应用。3③对照相物镜等作分辨检测时，有时会出现“伪分辨现象”，即在某一组条纹时已不能被分辨，但

3、对更密一组的条纹反而可以分辨，这是因为对比度反转造成的。因此分辨率作为像质评价方法也不是一种严格而可靠的评价方法。优点：指标单一。便于测量，在像质检测中得到广泛应用。适用范围：大像差光学系统。7§9-3点列图在几何光学中，由一点发出的许多光线经光学系统成像后，由于像差的存在，使其与像面不再集中于一点，而是形成一个分布在一定范围内的弥散斑，称为点列图。利用点的密集程度来衡量光学系统的成像质量的方法，称为点列图法。利用光线追迹法可精确表示出点物体的成像情况，即将入瞳的一半分成大量的等面积小单元，并把发自物点且穿过每一个小面元中心的光线，认为是代表通

4、过光瞳的光能量。利用光线追迹就可求出在像面上的点子分布密度。因此光线越多，像面上点子数越多，越能反映出像面上的光强度分布情况。8利用点列图法来评价像质时，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，其直径的倒数即为系统的分辨率。优点：简便易行，形象直观。缺点：计算量大，需借助计算机。适用范围：大像差光学系统。光瞳面上面元选取方法9§9-4光学传递函数不管是瑞利判断、中心点亮度还是分辨率、点列图法来评价像质，都是基于将物体看作是发光点，并以一点成像时的能量集中程度来表征光学系统的成像质量。利用光学传递函数来评价像质，是

5、基于把物体看作是由各种频率的谱组成的，即把物体的光场分布函数分解为付氏级数或付氏积分的形式。物体经光学系统成像，可认为物体传递效果是频率不变，但对比度和相位发生改变。这种对比度的降低和相位推移是随频率不同而不同的，其函数关系称为光学传递函数。该函数既与光学系统的像差有关，又与光学系统的衍射效果有关，因此用该法来评价像质更客观、更可靠。一般来说光学传递函数是由不同频率的分量组成，高频反映物体的细节传递情况，低频反映物体的轮廓传递情况。10一、利用MTF（调制传递函数）曲线来评价像质MTF是表示各种不同频率的正弦强度分布函数经光学系统成像后，其对比

6、度（或振幅）的衰减程度。当某一频率的对比度下降为0时，表明该频率的光强分布无亮度变化，表明频率被截止。显然I的截止频率较小，但曲线I在低频部分的值较曲线II大很多。表明：在低频部分，曲线I的MTF值大于曲线II，即光学系统I具有较高的分辨率，且有较高的对比度。但在高频部分，光学系统II具有较高的分辨率。11二、利用MTF曲线的积分值来评价像质理论证明：像点中心点亮度值=MTF曲线所围的面积。显然MTF所围面积越大，表明光学系统传递的信息量越多，其成像质量越好，图象越清晰。MTF曲线所围面积两曲线所围面积曲线I为光学系统的MTF曲线，曲线II为接

7、收器的分辨率极值曲线。两曲线所围面积越大，表明系统的成像质量越好，其交点F为光学系统和接收器共同使用时的极限分辨率。12§9-5其他像质评价方法瑞利判断和中心点亮度由于要求严格，仅适用于小像差系统；分辨率和点列图法，由于主要考虑像差对成像质量的影响，仅适用于大像差系统，不适用于像差校正到衍射极限的小像差系统；光学传递函数虽同时适用于大像差系统和小像差系统，但仅考虑系统对物体不同频率成分的传递能力，也不能全面评价一个成像系统的所有性能。因此，对任何光学系统进行像质评价需要使用多种评价方法。但这些方法都可以归结为基于几何光学和基于衍射理论的方法两类

8、。一、基于几何光学的方法在计算机技术成熟之前，一般像质评价多是基于几何光学原理。如通过近轴光路计算得到高斯像点位置及其他理想参数；通过实际光路计算获得