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光學系統(tǒng)質(zhì)量評價(一)

發(fā)布時間:2021-09-29 13:36:30 瀏覽量:5731 作者:Joe

摘要

成像光學設(shè)計必須校正光學系統(tǒng)的像差纽疟,但既不可能也不需要把像差校正到完全理想的程度,因此需要選擇像差的最佳校正方案污朽,也需

要確定校正到怎樣的程度才能滿足使用要求,即確定像差容限散吵。這兩方面都屬于光學系統(tǒng)質(zhì)量評價問題,它對光學設(shè)計者具有重大指導

意義矾睦。 

正文


成像光學設(shè)計必須校正光學系統(tǒng)的像差赁温,但既不可能也不需要把像差校正到完全理想的程度,因此需要選擇像差的最佳校正方案束世,也需

要確定校正到怎樣的程度才能滿足使用要求,即確定像差容限酝陈。這兩方面都屬于光學系統(tǒng)質(zhì)量評價問題,它對光學設(shè)計者具有重大指導

意義沉帮。一般而言,有以下幾種評價光學系統(tǒng)質(zhì)量的標準贫堰。

1.斯特列爾判斷

2.瑞利判斷

3.分辨率

4.點列圖

5.光學傳遞函數(shù)

我們接下來一一進行介紹。

一喇勋、斯特列爾判斷

光學系統(tǒng)有像差的時候,衍射圖樣中中心亮斑(即艾里斑)占有的光強度比理想成像的時候要低偎行,這兩者的光強度之比稱為Strehl強度

比川背,又稱為中心點亮度蛤袒,以S.D.表示。Strehl判斷認為妙真,中心點亮度S.D.>= 0.8的時候缴允,該光學系統(tǒng)是完善的。如下圖练般,物點發(fā)出的波

面經(jīng)過理想光學系統(tǒng)后,在出射光瞳處得到的是球面波锈候,而實際光學系統(tǒng)的像差使像方的波面不再是球面波薄料,像差的影響就是通過這種

位相的變化而反映為衍射圖樣的變化都办。如果像差引起的光程差,即波像差為W琳钉,那么對于一個像差很小的光學系統(tǒng)來說



中心點亮度S.D.與波像差W之間有相對簡單的關(guān)系势木,即

S.D.=1- k^2 ˉ(W^2 )

利用這種關(guān)系和上述S.D. >= 0.8的判據(jù),就可以決定像差的最佳校正方案和像差的公差啦桌。

Strehl提出的中心點亮度S.D.>= 0.8的判據(jù)是評價小像差系統(tǒng)成像質(zhì)量的一個比較嚴格而又可靠的方法,但是缺點是計算起來相當復(fù)

雜及皂,不便于實際應(yīng)用甫男。


瑞利判斷

瑞利判斷:實際波面與參考球面之間的最大偏離量验烧,即波像差不超過1/4波長時碍拆,此時實際波面可認為是無缺陷的若治。

該判斷提出兩個標準感混,即:有特征意義的是波像差的最大值端幼;波像差最大值的容許量不超過1/4波長弧满。但是瑞利判斷是不夠嚴密的,它

只考慮了波像差的最大值庭呜,而未考慮波面上缺陷部分在整個面積中所占的比重滑进。透鏡中的一個小氣泡或透鏡表面的一條很細的該痕,都

會引起好幾個波長的波像差,但這種缺陷只占波面上極小的局部區(qū)域,對成像質(zhì)量并沒有顯著影響。


瑞利判斷的優(yōu)點是便于實際使用近哟,由于波像差與幾何像差之間的關(guān)系比較簡單,其值易于計算鲫寄。瑞利判斷的另一個優(yōu)點是對通光孔不必

做任何假定,只要計算波像差曲線地来,便可以依據(jù)此判斷進行評價戳玫。


從實際使用來看瑞利的波像差小于1/4波長的判據(jù)與斯特列爾的中心點亮度S.D.>= 0.8的判據(jù)是一致的。所以對于小像差系統(tǒng)咕宿,比如望

遠鏡和顯微物鏡,可以利用瑞利判斷與斯特列爾判斷來判斷成像質(zhì)量。

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