光学系统透射比的测量

第六章 光学系统透射比和杂光的测量§6－1光学系统透射比的测量一、 概述光系统的透射比τ:系统本身透射光通量与入射光通量的比值%100'⨯=φφτ 在可见光区域（0.38-0.78μ）,以CIE 标准光源照射的光谱透射比的总和称为白光透射比 ⎰⎰=∑221)()()()('λλλλλλφλλφτd d 100％ )('λφ——透射光通量的光谱功率分布)('λφ——CIE 标准光源的光谱功率分布光学系统的实际光度性能决定的因素又有三个：照明光源、光学系统、接收器（人眼、胶片）⎰⎰=212)()()(λλλλλλλλλλλττd s s d s s ⎰⎰⎰⎰=⨯=λλλλλλτλτλλλλτλλλλd s p d s p d p d p )()()()()(%100)()('1221λλs p =)( ——光源的相对光谱功率分布)(λτ——光子系统的光谱透射比)(λs ——接收器的相对光谱灵敏度)()()()()()()()(λλτλλλλτλλτw w s p s p ∑∑=∑∑= )(λw 是用几种标准光源和彩片求的平均值，并规格化使100)(=∑λw对于目视透过比以人眼的光谱光视效率)(λV 代替)(λs 与光学系统的复杂程度和镀膜质量有关复杂系统一般小于40％一般系统在50％～80％之间。

二、 测量原理及方法1、 望远系统透射比的测量%10021'⨯==m m φφτ注意事项：1）望远系统光轴与平行光管光轴一致2）为使测得的为白光目视透射比照明光源色温为所要求值在整个测量过程中保持光源稳定，应采用性能良好的稳压电源探测器的光谱灵敏度分布应校正到与人眼的光视效率)(λV 相一致2、 照射物镜轴上点透射比的测量%10021'⨯==m m φφτ 3、 照相物镜轴外点透射比的测量4、彩色还原评价法 光密度ττlog 1log -==D 100)()(log )()()(log∑∑∑-=-=B B B B B B w w wD λτλλλτλ若三项相等认为物镜是不带色的中性一般光学玻璃在短波部分吸收较大所以照相物镜一般具有黄色滤光片的性质使入射光束的中心通过入瞳中心。

4、 注意事项:国际标准化组织在照像物镜透射比的测量的几点建议:1) 单色仪的出射狭缝高度必须小于平行光管物镜焦距的1／30,对于有限工作距离的物镜位于物平面上的狭缝高度应小于物距的1／30.2) 测量光束直径应等于被测照相物镜入瞳直径的一半,光束中心与入瞳光束中心重合.3) 对于一般的照相物镜测量光谱透射比的波长范围可为0.36-0.70μm 测量波长选取的原则为每一纳米的透射比变化量大于0.2％时波长间隔取20nm 否者取40nm 。

一般的照相物镜在360nm ～460nm 范围内透射比变化很大所以在460nm 以下波长间隔可取20nm 如果要进行色度计算和彩色还原性能的评价至少在360nm ～680nm 范围内测量波长间隔为10nm ，100)()(log )()()(log∑∑∑-=-=G G G G G G w w w D λτλλλτλ100)()(log )()()(log ∑∑∑-=-=R R R R R R w w w D λτλλλτλ4) 单色仪出射光的半宽度应不大于10nm5) 积分球的直径和位置应使投射到其后壁上的光斑直径为可变光阑的0.5～2倍，积分球入口处光束直径不得超过积分球入口直径的3／4并且位于孔中央6) 被测物镜的外露光学表面擦拭干净测量在暗室进行一起照明光源漏光不能进入积分球，光电探测器应有足够好的线性，值在整个测量过程中保持光源稳定，应采用性能良好的稳压电源。

§6-2 光学系统杂光系数测量1、 杂光的概念及产生的原因通过光学系统的光线，绝大部分按照正常光路进行，在象面上成像，另有一些光线以不同途径达到象面他们是不参与成像的光线成为～产生原因：光学零件抛光表面间的多次反射；透镜边缘及棱镜非工作面上的散射；玻璃材料内部疵病产生的散射；透镜镜框及透镜筒内壁的反射和散射；光学零件抛光表面得疵病及表面刻线的散射等。

对于照相机光阑和快门叶片以及感光底片的表面反射和散射也是产生杂光的重要因素2、原理：黑斑法（面元法、扩展源法）EE E ∆+∆=η E ∆——杂光在象面照度E ——成象光束象面照度o a I I M =I I I I I M o a o ∆+==1'21m m =η1m ——黑体时检流计读数2m ——白塞子时检流计读数在白塞子时加中性滤光片（)1.0=τ21m m τη= 2、测量照相物镜的装置3、测量望远系统的装置4、测试条件的标准化测量结果受测试条件的影响比较大如黑体目标的大小、光电探测器前小孔光阑的大小、积分器内壁亮度的均匀性、测量装置的光谱特性以及光敏元件的光响应的方向性不同仪器难以互相比较、不易通过实验判断杂光产生的原因等。

（一）扩展光源（1）扩展光源对被测物镜的张角尽量接近2π球面度（sr），而且视场内亮度应力求均匀，在直径对应于被测物镜像方视场对角线一半的中央区域内，亮度不均匀应≤±5%，在扩展光源的全区域内，则应≤±8%。

（2）在整个测量过程中，光源亮度变化应<±5%。

（3）扩展光源的光谱功率分布应是已知的，探测器的光谱响应和滤光片的光谱透射比应给予规定，以便做到与实际应的光谱响应曲线的主要特性尽可能接近。

（4）黑体目标的像的直径（圆形）、边长（方形）或宽度（带形）应等于被测物镜像方视场对角线长度的1/10±0.02。

黑体目标的亮度应小于周围亮场亮度的1/1000。

（二）光电探测器（1）探测器的小孔光阑直径应小于黑体目标像的1/5。

小孔光阑外表面的尺寸和形状与底片的格式相同，并覆盖一层照相机实际工作时的感光材料，或者与感光材料的散射、反射特性相同的代用材料。

其他外表面的反射率应小于3%。

若是单独测量物镜的杂光系数，小孔光阑外表面的反射率也应小于3%。

（2）光电探测器的灵敏度在一个测量周期内的变化应小于2%。

探测器加上任何放大器、仪表等在整个照度变化范围内的光电响应线性要求与杂光系数测量精度的要求相适应。

（3）光电探测器的光谱灵敏度和任何滤光片的光谱透射特性均应根据被测系统的使用要求选配和标定。

（三）物像共轭关系黑体目标到被测物镜的物距应大于物镜焦距的5倍，或按设计要求确定。

（四）视场位置应在光轴上和在物镜半视场以内的规定位置上进行测量。

测量镜头与实际机体组合的杂光系数时，如果被测系统的杂光分布有明显不对称，则应转至杂光最大的方位进行测量。

在测试报告中，应注明以下主要测试条件参数：（1）被测物镜或整机的牌号、焦距、最大相对孔径、制造号、测量时所用的相对孔径；（2）物距及放大率；（3）扩展光源及黑体目标的角尺寸；（4）光电探测器中小孔光阑的直径；（5）测量时的视场位置等。

此外，测量中还应注意以下事项：（1）测量前应仔细擦净被测光学系统的外露光学面，否则由于其上尘土、指印、油污等的散射将明显影响测量结果。

（2）测量中应注意消除暗电流和室内杂散光的影响。

必要时对积分球的照明光源采取调制措施，以提高测量系统的抗干扰能力和工作稳定性。

（3）如果在积分球的出口处装有准直物镜，则应尽量减小准直物镜自身的杂光系数，并在高精度测量中予以修正。

§5-3 光学传递函数测量一、光学传递函数的基本概念1、 调制度Pu m 1= 空间频率 Pu k x x ππ22== 反衬度m a x m i n I I I c n z x -= 调制度（对比度）b a I I I I I I M =+-=min max min max)2cos 1(2cos )(x u I I I x u I I I x o a o x a o x ⋅+=⋅+=ππ )21(x u I I I x o a o ⋅+=π a o mzx I I I += a o I I I -=mino aI I M =)2cos 1()(x u M I I x o x ⋅+=π2、 光学传递函数p p β=' αβxx u u ='调制传递函数、位相传递函数、光学传递函数空间频率只改变几何属性，与象质无关，故今后讨论光学传递函数时，只将实际成象和理想成象相比 M 即代表物的调制度，又代表理想象的调制度o aI I M '''= M'<M)()()('ux ux ux M M T = )()()('u u u M M T =____调制传递函数)2cos 1()(x u M I I x o x ⋅+=π)]2cos('1[')(x x o x u M I I θπ-+=iu u u e T O -=)()()(u T ——调制传递函数 MTF)(u θ——位相传递函数 PTF)(u O ——光学传递函数 OTF 3、 光学传递函数与光扩散函数、光瞳函数关系① 光学传递函数与点扩散函数关系a. 象的亮度与分布是理想成象的量度分布同点扩散函数的卷积 ⎰⎰∞∞---=*='')','()','(''),(),(),(dy dx y y x x d y x I D I I y x y x y xb. 光学传递函数是点扩散函数的付氏变换 D dxdy y x d dxdye y x d O y u y u i uy ux y x ==⎰⎰⎰⎰+-),(),()(2),(π⎰⎰=1),(dxdy y x d② 光学传递函数与光瞳函数关系⎰⎰⎰⎰∞∞-∞∞-++=o o o o oo o o o u u dy dx y x G dy dx y y x x G y x G O y x 2110*),(),(),(),(光学传递函数是光瞳函数的自相关函数三、 测量方法1、 对比法2、 扫描法1） 光学付里叶法用正弦板2） 光电付氏法用矩形光栅或摩尔条纹通过电学处将基波和高频谐波滤掉3、 干涉法4、 刀口法⎰∞∞-=dx x L E x )()( )(')()(x E dxx dE x l == ⎰∞∞--=dx e x L x l x i x πγ2)()(。