光学系统像质评价的方法

2023-11-23 理论教育版权反馈

【摘要】：由于一个光学系统不可能理想成像，因此就存在一个光学系统成像质量优劣的评价问题，从不同的角度出发会得出不同的像质评价指标。从物理光学或波动光学的角度出发，人们推导出波像差和传递函数等像质评价指标；从几何光学的观点出发，人们推导出几何像差等像质评价指标。用于设计阶段的像质评价指标主要有几何像差、垂轴像差、波像差、光学传递函数、点列图、点扩散函数、包围圆能量等。

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它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。因此，对光学系统成像性能的要求主要有两个方面：第一方面是光学特性，包括焦距、物距、像距、放大率、入瞳位置、入瞳距离等；第二方面是成像质量，光学系统所成的像应该足够清晰，并且物像相似，变形要小。有关第一方面的内容即满足光学特性方面的要求属于应用光学的讨论范畴，第二方面的内容即满足成像质量方面的要求，则在光学系统设计部分做了详细介绍。

从物理光学或波动光学的角度出发，光是波长在400～760 nm的电磁波，光的传播是一个波动问题。一个理想的光学系统应能使一个物点发出的球面波通过光学系统后仍然是一个球面波，从而理想地聚交于一点。从几何光学的观点出发，人们把光看作是“能够传输能量的几何线——光线”，光线是“具有方向的几何线”，一个理想光学系统应能使一个物点发出的所有光线通过光学系统后仍然聚交于一点，理想光学系统同时满足直线成像直线、平面成像平面。但是实际上任何一个实际的光学系统都不可能理想成像。所谓像差就是光学系统所成的实际像与理想像之间的差异。由于一个光学系统不可能理想成像，因此就存在一个光学系统成像质量优劣的评价问题，从不同的角度出发会得出不同的像质评价指标。从物理光学或波动光学的角度出发，人们推导出波像差和传递函数等像质评价指标；从几何光学的观点出发，人们推导出几何像差等像质评价指标。有了像质评价的方法和指标，设计人员在设计阶段，即在制造出实际的光学系统之前就能预先确定其成像质量的优劣，光学系统设计的任务就是根据对光学系统的光学特性和成像质量两方面的要求来确定系统的结构参数。用于设计阶段的像质评价指标主要有几何像差、垂轴像差、波像差、光学传递函数、点列图、点扩散函数、包围圆能量等。为了评价一个已知光学系统的成像质量，首先需要根据系统结构参数和光学特性的要求计算出它的成像指标。(www.chuimin.cn)

光学系统像质评价的方法

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