光学设计光学系统的像质评价和像差容限教学课件.ppt
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1、第三章 光学系统的像质评价和像差容限,要求: 掌握光学设计像质评价的方法和各自的特点,以及各种典型光学系统的像质评价要求。 如何确定各种光学系统的像差容限。,任何一个光学系统不管用于何处,其作用都是把目标发出的光,按仪器工作原理的要求,改变他们的传播方向和位置,送入仪器的接收器,从而获得目标的各种信息,包括目标的几何形状,能量强弱等等。 对于光学系统成像性能的要求,可以分为两个方面:光学特性和成像质量。,光学系统的像质评价方法有: 几何像差、波像差、几何光学传递函数、点列图、中心点亮度、分辨率及星点法等。 目前光学设计最常用的方法是几何像差法和几何光学传递函数法。,第一节 几何像差的曲线表示,
2、一、独立几何像差的曲线表示 1、球差和位置色差,2、正弦差曲线,3、细光束像散曲线,4、畸变与垂轴色差曲线,5、轴外物点子午球差和子午彗差曲线,二、垂轴几何像差曲线 子午垂轴像差曲线,二、垂轴几何像差曲线 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。,如图为一条子午垂轴像差曲线:,弧矢垂轴像差曲线,第二节 瑞利判断和中心点亮度 一、瑞利判断 瑞利判断是根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。 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/时,此波面可看作是无缺陷的”,此判断称之为瑞利判断。,瑞利
3、判断是一种较为严格的像质评价方法,它主要适用于小像差光学系统,例如望远物镜、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。,中心点亮度 中心点亮度则是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S.D来表示,当S.D0.8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,它也只适用于小像差光学系统 。,第三节 分辨率 分辨率反映光学系统能够分辨物体细节的能力,它是光学系统一个很重要的性能指标,因此也可以用分辨率来作为光学系统的成像质量评价
4、方法。,实际检验时,使用鉴别率板作为物平面,通过被检验的光学系统成像,在像平面上检查所能分辨的最小间隔mm,用它作为该系统分辨率的指标。有时也用它的倒数作为分辨率的指标。,的单位 代表每毫米能分辨的线对数,也称为空间频率。 光学系统的分辨率越高,能分辨的最小间隔越小,对应的空间频率越大。这种方法称为“分辨率检验”。,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,这是因为: 1)它只适用于大像差系统; 2)它与实际存在差异; 3)它存在伪分辨现象。 综上所述,用分辨率来评价光学系统的成像质量也不是一种严格而可靠的像质评价方法,但由于其指标单一,且便于测量,在光学系统的像质检测中得到了
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