工程光学郁道银二版PPT课件

第三节 分辨率
• 反映光学系统分辨物体细节的能力，可以 评价成像质量。
瑞利判据
瑞利给出恰可分辨两个物点的判据：点物S1的艾里斑中心恰好 与另一个点物S2的艾里斑边缘（第一衍射极小）相重合时，恰 可分辨两物点。
S1 可分辨
S2
S1
100%
S2
恰可分辨
75%
S1
S2
不可分辨
SUCCESS
THANK YOU
评价方法
• 1 不考虑衍射： 光路追迹法（点列图，像差曲线）；
• 2 考虑衍射： 绘制成像波面，光学传递函数等
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第一节
• 最大波像差小 于λ/4时，此 波面可看作是 无缺陷的。
瑞利判断
• 球差曲线： 球差曲线 纵坐标是孔径，横坐标 是球差（色球差），使 用这个曲线图，一要注 意球差的大小，二要注 意曲线的形状特别是代 表几种色光的几条曲线 之间的分开程度，如果 单根曲线还可以，但是 曲线间距离很大，说明 系统的位置色差很严重。
2019/6/20
工程光学
一个点物衍射图样的中央极大与近旁另一个点物衍 射图样的第一极小重合，作为光学成像系统的分辨极限，认为 此时系统恰好可以分辨开两个点物。称此分辨标准为瑞利判据。
ISO12233鉴别率板
• 投影鉴别率 左图是 光学车间常用的投影 鉴别率仪，使用时只 要将被测镜头装夹好， 将投影图调至最清晰 就可以对各个方向上 的分辨率进行判度， 适用于大批量生产的 光学检验，或调试使 用。
传函与离焦关系 图
此图表明对设 定空间频率不同 视场的子午、弧 矢MTF与离焦量的 关系，图中横坐 标是离焦量，纵 坐标是对比度， 通过此图可以看 出各视场的最佳 焦面是否比较一 致，MTF是否对离 焦比较敏感。此 图在光学设计后 期，精细校正时 很有用。
MTF曲线的积分值评价成像质量
• MTF曲线只能反映少数点的情况； • 理论上像点的中心亮度值等于MTF曲线的面
科学家把碳60分子每十个一组放在铜的表面组成了世界上 最小的算盘。
中国科学院化学所的科技人员利用纳米加工技术在石墨 表面通过搬迁碳原子而绘制出世界上最小的中国地图。
像差回顾
像质评价的阶段
• 1 设计完成后，加工前，对成像情况进行 模拟仿真；
• 2 加工装配后，批量生产前，要严格检测 实际成像效果。
• 轴外细光束像差曲线 这一般是由两个曲线 图构成图中左边的是 像散场曲曲线，右边 的是畸变，不同颜色 表示不同色光，T和S 分别表示子午和弧矢 量，同色的T和S间的 距离表示像散的大小， 纵坐标为视场，右图 横坐标是场曲，左图 是畸变的百分比值， 左图中几种不同色曲 线间距是放大色差值。
瑞利判断的特点
将扫描隧道显微镜技术用于分子级加工， 主要基于量子力学中的隧道效应。
1990年，美国圣荷塞IBM阿尔马登研究所D.M.Eigler等人 在超真空环境中，用35个Xe原子排成IBM三个字母，每个 字母高5nm，Xe原子间的最短距离为1nm，如图所示。
1992年又成功移动了吸附在Pt表面上的CO原子，1993年成功移 动48颗Fe原子排列成圆形，实现原子操纵技术。
优点：方便使用、关系简单；（几何像差曲 线进行图形积分得到波像差。）
缺点： • 只考虑波像差的允许公差，未考虑其在整
个波面的比重；（气泡、划痕） • 只适用于小像差光学系统。
第二节 中心点亮度（斯托列尔 准则）
• 成像衍射斑的中心亮度和不存在像差时衍 射斑的中心亮度之比S.D来表示成像质量。
• S.D≥0.8,成像完善； • 与瑞利判断方法是一致的； • 只适用小像差系统； • 计算复杂，计算机软件计算。
点列图特点
• 大量光路计算，只有利用计算机完成； • 形象直观的评价方法； • 应用于大像差的照相物镜等设计中；
第五节 传递函数
• 调制传递函数MTF：一定空间频率下像的对 比度与物的对比度之比。能反映不同空间 频率、不同对比度的传递能力。一般而言， 高频传递函数反映了物体细节传递能力， 低频传递函数反映物体轮廓传递能力，中 频传递函数反映对物体层次的传递能力。
积； • 面积越大，信息越多，像质越好；
传函测量
• 传函测量要使用光学传递函数测试仪，下 图是一台传函测试仪，使用时只要将被测 物镜装夹好，将光点调到最小，就可以得 到这个物镜传函曲线图。
TTL 2.4米望远镜
TTL 2.4m robotic telescope
2.4米望远镜科学目标
大视场巡天观测 高角分辨成像观测 瞬变源的观测 国际联合监测
• 望远镜采用RC 光学系统和卡 塞格林焦点系 统
• 美国 Photometrics 公司的1024CCD 系统
荣获1986年诺贝尔物理学奖的扫描隧道显 微镜最小分辨距离已达0.01Å，能观察到单 个原子的运动图像。
在物的频谱面F上放一个高通滤波器
（玻璃片中心镀个不透明的斑），挡掉0级和低频 成分，从而突出轮廓亮度 —— 形成亮的镶边。
F
扩束
大
P1
L
头
高频滤波和轮廓突出 针
亮
P2 边
• MTF曲线图
• 图中不同色的曲线 表示不同视场的复 色光（白光）MTF 曲线，T和S分别表 示子午和弧矢方向， 最上方黑色的曲线 是衍射极限。横坐 标是空间频率 lp/mm，纵坐标是 对比度，最大是1。 曲线越高，表明成 像质量越好。
第九章 光学系统的像质 评价
• 第一节 瑞利判断与波前图 • 第二节 中心点亮度与能量包容图 • 第三节 分辨率与点扩散函数 • 第四节 星点检测法与点列图 • 第五节 光学传递函数评价成像质量 • 第六节 其它像质评价方法 • 第七节 光学系统的像差公差
丽江站天文观测条件
H-P comet and the ecliptic light
第四节 点列图
• 由一点发出的许多光线经光学系统后，因 像差使其与像面的交点不再集中于同一点， 而形成了一个散布在一定范围的弥散图形， 称为点列图。点列图是在现代光学设计中 最常用的评价方法之一。
• 分别表示给定的几个视场上不同光线与像面交点的分布情况。使用点列 图，一要注意下方表格中的数值，值越小成像质量越好。二根据分布图 形的形状也可了解系统的几何像差的影响，