光学传递函数试验.ppt

光学光学传递传递函数函数实验实验姚焜姚焜姚焜姚焜2007.122007.121.内容概要内容概要发展历史及意义概念原理实验方法介绍总结2.发发展展历历史及意史及意义义光学仪器在科学史上的作用是巨大的设计和制造更多高质量的光学仪器是我们的目标科学地检验和评定光学系统 历史上常用方法有：鉴别率、星点法等 主观性、不全面1938年“正弦板法”德国人菲利塞（Frieser）1946年“傅里叶变换法”法国人杜费（Duffieux）1948年“光学传递函数”美国电视工作者赛德（O.Schade）1962年英国霍普金斯（H.H.Hopkins）将光学传递函数（Optical transfer functionOTF）用于光学设计。3.概念概念光学成像系统与电子学系统的相同点1.处理信息（空间时间）2.线性性和不变性 数学工具傅里叶变换 时间频谱和空间频谱3.输入黑箱输出传递函数4.三种光学系统：（1）理想光学系统（点物成点像）（2）衍射受限光学系统（点物成衍射斑）（3）有象差光学系统（点物成衍射斑）讨论前提：实际像与理想像做比较理想像的概念等晕条件空间不变光学系统5.正弦波光正弦波光栅栅的成像的成像正弦波光栅（周期T）经光学系统后仍成正弦波光栅正弦波光栅理想像正弦波光栅实际像6.X(mm)0I0T图1 正弦波光栅的实际像（绿线）与理想像（兰线）的光强分布曲线I7.正弦波光正弦波光栅栅的的调调制度制度由三式可得8.原理原理光学系统的普遍模型入射光瞳、出射光瞳光瞳函数 相干光脉冲响应函数 相干光照明景物的成像 相干相干传递传递函数函数 点扩展函数非相干光照明景物的成像非相干非相干传递传递函数函数非相干非相干传递传递函数的函数的归归一化（一化（规规范化）范化）OTF光学光学传递传递函数函数 相干和非相干光学系统传递函数的关系9.光学系光学系统统的普遍模型的普遍模型图2 光学系统的普遍模型dodi10.光瞳函数 从出瞳平面到像平面会聚光的衍射成像的从出瞳平面到像平面会聚光的衍射成像的过过程程根据基尔霍夫衍射公式轴上像点O的复振幅分布的计算公式为象距，11.相干光脉冲响相干光脉冲响应应函数函数 假设所使用的成像系统满足等晕条件（空间不变），所以对于轴外物点其像斑的复振幅分布为（并仍假设系统横向放大率）。12.相干光照明景物的成像相干光照明景物的成像 象面上的复振幅分布为每个物点在 像面上形成像斑的复振幅的叠加，在等在等晕晕区内象面复振幅分布（区内象面复振幅分布（输输出信息）是物面复出信息）是物面复振幅分布（振幅分布（输输入信息）与相干光脉冲响入信息）与相干光脉冲响应应函数的卷函数的卷积积。物面上各点复振幅之间的相位随时间变化的方式完全相同，这种照明称为空间相干 13.相干相干传递传递函数函数相干光脉冲响应函数的傅里叶变换 输输出信息的出信息的频谱频谱输输入信息的入信息的频谱频谱卷积定理可得因为14.称称为为光学系光学系统统的相的相干干传递传递函数。函数。相干传递函数就是光学系统的光瞳函数 相干光照明的衍射受限光学系统的截止频率为：a为光学系统出射光瞳的半径。15.举例：光学系统的出射光瞳为 直径的圆形，相应的相干传递函数为，所以其截止频率为 数值例子：，截止频率为 16.非相干光照明景物的成象非相干光照明景物的成象 扩展的面光源等非相干光（即物面上各点复振幅之间的相位随时间变化的方式是统计无关或无关联的，这种照明称为空间非相干的）照明景物时，各物点在象面上造成的光强分布应该是直接迭加的 非相干光脉冲响非相干光脉冲响应应函数，函数，简简称称为为点点扩扩展函数展函数 17.非相干非相干传递传递函数函数非相干光脉冲响应函数的傅里叶变换 输输出信息的出信息的频谱频谱输输入信息的入信息的频谱频谱因为由自相关定理则卷积定理可得非相干传递函数为光瞳函数的自相关18.非相干非相干传递传递函数的函数的归归一化（一化（规规范化）范化）19.归一化的非相干传递函数就是OTF，它的模就是MTF，其位相因子就是PTF对于衍射受限系统，20.计计算算实实例例衍射受限系统的出瞳为直径D的圆，计算其OTF。其中图3 具有圆形出瞳的无象差系统的OTF的计算21.数值例子：，截止频率为该系统截止频率为与相干传递函数例子对比，可见在衍射受限的情况下非相干传递函数是前者两倍22.相干和非相干光学系相干和非相干光学系统传递统传递函数的关系函数的关系，即非相干光传递函数为相干传递函数的自相关而光学传递函数OTF为非相干光传递函数用零频归一化 虽然衍射受限系统的非相干光传递函数比相干光传递函数的截止频率高2倍，但对成像质量来说，相干照明和非相干照明哪个更好，要根据物体的强度分布和位相分布（参见文献14）。23.传递传递函数在象函数在象质评质评价上的意价上的意义义 图5 MTF与象质评价1.00.80.60.40.2fCfCMTF24.测测量量OTFOTF的方法的方法正弦光正弦光栅栅法法 光源聚光镜滤光镜狭缝被检物镜平行光管光栅分析器25.测测量量OTFOTF的方法的方法针针孔法孔法 26.刀口法刀口法光源聚光镜狭缝被检物镜光电管及信号处理系统刀口27.错错位干涉法位干涉法光源被检物镜双光栅分析器聚焦镜28.总结总结1）OTF的性质（1）（2）（3）2)29.参考文献参考文献1J.W.Goodman.著，詹达三等译，傅里叶光学导论，科学出版社，1979年2麦伟麟著，光学传递函数及其数理基础，国防工业出版社，1979年3樊翔等，光学传递函数测试仪的现状和发展趋势，光学仪器，Vol.25.No.5,October,20034苏显渝 李继陶编著，信息光学，科学出版社，2000年5 张以谟主编，应用光学，机械工业出版社，1982年。30.31.