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光學係統質量評價(一)

發布時間:2021-09-29 13:36:30 瀏覽量:5634 作者:Joe

摘要

成像光學設計必須校正光學係統的像差,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,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。這兩(liang) 方麵都屬於(yu) 光學係統質量評價(jia) 問題,它對光學設計者具有重大指導

意義(yi) 。 

正文


成像光學設計必須校正光學係統的像差,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,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。這兩(liang) 方麵都屬於(yu) 光學係統質量評價(jia) 問題,它對光學設計者具有重大指導

意義(yi) 。一般而言,有以下幾種評價(jia) 光學係統質量的標準。

1.斯特列爾判斷

2.瑞利判斷

3.分辨率

4.點列圖

5.光學傳(chuan) 遞函數

我們(men) 接下來一一進行介紹。

一、斯特列爾判斷

光學係統有像差的時候,衍射圖樣中中心亮斑(即艾裏斑)占有的光強度比理想成像的時候要低,這兩(liang) 者的光強度之比稱為(wei) Strehl強度

比,又稱為(wei) 中心點亮度,以S.D.表示。Strehl判斷認為(wei) ,中心點亮度S.D.>= 0.8的時候,該光學係統是完善的。如下圖,物點發出的波

麵經過理想光學係統後,在出射光瞳處得到的是球麵波,而實際光學係統的像差使像方的波麵不再是球麵波,像差的影響就是通過這種

位相的變化而反映為(wei) 衍射圖樣的變化。如果像差引起的光程差,即波像差為(wei) W,那麽(me) 對於(yu) 一個(ge) 像差很小的光學係統來說



中心點亮度S.D.與(yu) 波像差W之間有相對簡單的關(guan) 係,即

S.D.=1- k^2 ¯(W^2 )

利用這種關(guan) 係和上述S.D. >= 0.8的判據,就可以決(jue) 定像差的最佳校正方案和像差的公差。

Strehl提出的中心點亮度S.D.>= 0.8的判據是評價(jia) 小像差係統成像質量的一個(ge) 比較嚴(yan) 格而又可靠的方法,但是缺點是計算起來相當複

雜,不便於(yu) 實際国产成人在线观看免费网站。


瑞利判斷

瑞利判斷:實際波麵與(yu) 參考球麵之間的最大偏離量,即波像差不超過1/4波長時,此時實際波麵可認為(wei) 是無缺陷的。

該判斷提出兩(liang) 個(ge) 標準,即:有特征意義(yi) 的是波像差的最大值;波像差最大值的容許量不超過1/4波長。但是瑞利判斷是不夠嚴(yan) 密的,它

隻考慮了波像差的最大值,而未考慮波麵上缺陷部分在整個(ge) 麵積中所占的比重。透鏡中的一個(ge) 小氣泡或透鏡表麵的一條很細的該痕,都

會(hui) 引起好幾個(ge) 波長的波像差,但這種缺陷隻占波麵上極小的局部區域,對成像質量並沒有顯著影響。


瑞利判斷的優(you) 點是便於(yu) 實際使用,由於(yu) 波像差與(yu) 幾何像差之間的關(guan) 係比較簡單,其值易於(yu) 計算。瑞利判斷的另一個(ge) 優(you) 點是對通光孔不必

做任何假定,隻要計算波像差曲線,便可以依據此判斷進行評價(jia) 。


從(cong) 實際使用來看瑞利的波像差小於(yu) 1/4波長的判據與(yu) 斯特列爾的中心點亮度S.D.>= 0.8的判據是一致的。所以對於(yu) 小像差係統,比如望

遠鏡和顯微物鏡,可以利用瑞利判斷與(yu) 斯特列爾判斷來判斷成像質量。