l9像质评价
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52
7
第九讲 像质评价
光学设计一般过程：七个步骤
Step7：输出图纸
光学系统图 光学组件图 光学零件图
（规范标注相应的技术参数）
8
第九讲 像质评价
Lens Evaluation:两个阶段
1、计算评价
设计阶段
2、试验评价
样品测试
9
第九讲 像质评价
Lens Evaluation:方法分类
1、基于衍射理论的方法
3
第九讲 像质评价
光学设计一般过程：七个步骤
Step3：缩放焦距、更换玻璃
ri * ri
f '* f'
d i* d i
f
'*
f '
n*1
ri* ri n1
4
第九讲 像质评价
光学设计一般过程：七个步骤
Step4：像差校正 自动？手工？
修改面形参数或复杂化 改变透镜厚度及透镜间隔 更换透镜材料
20
MTF or better at
Field 1
0.
0.972
0.835
0.698
0.561
来自百度文库0.424
0.287
40
Modulation Transfer Function
41
42
43
44
45
46
47
第九讲 像质评价
初始结构选取与更换玻璃原则 1、初始结构选取
在同类结构中选择离散像差小的结构 注意：
适合于小像差系统
2、基于几何光学的方法
光路追迹计算
3、综合评价的方法
光学传递函数
10
第九讲 像质评价
一、瑞利判断 实际波面和参考球面波之间的最大 波像差不超过λ/4时，此波面可看 作是无缺陷的。
11
第九讲 像质评价
一、瑞利判断
12
13
14
第九讲 像质评价
二、中心点亮度 光学系统存在像差时，其成像衍射 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. ≥0.8
（以像差理论为指导）
适当的人工参与可以扩大解空间，
并加速求解过程
5
第九讲 像质评价
光学设计一般过程：七个步骤
Step5：像质评价
基于几何光学的方法 基于衍射理论的方法 综合评价方法
（不满足要求需返回校正）
6
第九讲 像质评价
光学设计一般过程：七个步骤 Step6：分配公差
计算，分配，制定 镜头诸元件、组件的 加工公差和装配公差
15
第九讲 像质评价
二、中心点亮度
包容圆
任一像点的整体能量分布情况
16
第九讲 像质评价
三、分辨率
两个等亮度点间的距离＝艾里斑半径
17
第九讲 像质评价
三、分辨率
ISO12233鉴别率板
18
第九讲 像质评价
三、分辨率
色彩测试标板 ColorChecker
19
第九讲 像质评价
四、点列图
由一物点发出的许多条光线，经光学系 统成像后，与像面的交点不再集中于一 点，而是形成一个分布在一定范围内的 弥散图形，称之为点列图。 利用点的密集程度来衡量成像质量
38
第九讲 像质评价
十、其它需要评价的成像情况
材料特性；加工误差；安装误差
光谱透过率分析 整体能量透过率分析 材质影响分析 环境影响分析 鬼像分析
公差分析Tolerancing
39
第九讲 像质评价
十、其它需要评价的成像情况
公差分析Tolerancing
Cooke Triplet f/4.5 Tolerance Analysis
③ 双胶合透镜，注意使胶合面两边的
Δn变化不大。
n*1
ri* ri n1
51
第九讲 像质评价
初始结构选取与更换玻璃原则
3、更换玻璃－更换玻璃校正色差
可用更换玻璃的方法校正色差。 （1）若0.707带LFC'大，全市场的YFC'较 小，则更换靠近光阑的一块。 （2）若两种色差的符号相反，则更换光 阑前面那块。
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23
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第九讲 像质评价
四、点列图
25
26
第九讲 像质评价
五、光学传递函数
把物体看作是发光点的集合： 能量集中程度
把物体看作是由各种频率的谱组成： 对比度的降低和相位推移
27
第九讲 像质评价
五、光学传递函数
28
第九讲 像质评价
五、光学传递函数
29
第九讲 像质评价
五、光学传递函数
f ' 不变：D/f ' 增大，ω减小。
D/f ' 不变：f '增大，ω减小。
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第九讲 像质评价
初始结构选取与更换玻璃原则
2、缩放焦距
ri * ri
f '* f'
d i* d i
f
'*
f '
专利文献和镜头手册上的结构参数，一 般按f '= 1给出，此时，只要把查出的结 构参数乘以f '*就可以了。
100
On-Axis
0.707Field Full Field
Cumulative Probability (%)
80
80% probability of
Achieving ~0.88
60
MTF for Field 1
-or-
40
80% of built systems
will have about 0.88
49
第九讲 像质评价
初始结构选取与更换玻璃原则 3、更换玻璃
国外专利文献中，物镜所选玻璃牌号与 国产玻璃牌号不符，尤其是高性能物镜 多选用镧玻璃，比较贵且难于加工，所 以一般需要更换。
50
第九讲 像质评价
初始结构选取与更换玻璃原则
3、更换玻璃－保持色差不变更换玻璃
① 选接近的玻璃。
② 正透镜选用高折射率冕玻璃，可减 少系统高级像差和SIV。
34
第九讲 像质评价
七、光线差曲线
不同波长、不同 视场、不同孔径 的光线到达高斯 像面时，偏离高 斯像点的距离。
左边为子午面情况， 右边为弧矢面情况。
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第九讲 像质评价
八、点扩散函数 一个理想的几何物点，经过光学系统 后，其像点的能量展开情况
36
37
第九讲 像质评价
九、线扩散函数 指子午面或弧矢面内的几何线，经过 光学系统后，其能量展开情况
OCAD 计算机辅助光学设计
主讲：谢洪波
1
第九讲 像质评价
光学设计一般过程：七个步骤
Step1：根据仪器总体性能设计要求， 确定光学系统的基本参数
孔径、视场、波长； 像面大小or焦距；
成像质量要求； 体积价格要求；
2
第九讲 像质评价
光学设计一般过程：七个步骤 Step2：求解或查找初始结构
PW法求解 查找相关技术手册或专利文献 （经验非常重要）
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第九讲 像质评价
五、光学传递函数
31
第九讲 像质评价
五、光学传递函数
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第九讲 像质评价
五、光学传递函数
MTF
II
I
0.1
0.03
0
v
MTF曲线
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第九讲 像质评价
六、光程差曲线
不同波长、不同 视场、不同孔径 的光线到达高斯 像面时，与近轴 理想光线的光程 差。
左边为子午面情况， 右边为弧矢面情况。
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第九讲 像质评价
光学设计一般过程：七个步骤
Step7：输出图纸
光学系统图 光学组件图 光学零件图
（规范标注相应的技术参数）
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第九讲 像质评价
Lens Evaluation:两个阶段
1、计算评价
设计阶段
2、试验评价
样品测试
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第九讲 像质评价
Lens Evaluation:方法分类
1、基于衍射理论的方法
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第九讲 像质评价
光学设计一般过程：七个步骤
Step3：缩放焦距、更换玻璃
ri * ri
f '* f'
d i* d i
f
'*
f '
n*1
ri* ri n1
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第九讲 像质评价
光学设计一般过程：七个步骤
Step4：像差校正 自动？手工？
修改面形参数或复杂化 改变透镜厚度及透镜间隔 更换透镜材料
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MTF or better at
Field 1
0.
0.972
0.835
0.698
0.561
来自百度文库0.424
0.287
40
Modulation Transfer Function
41
42
43
44
45
46
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第九讲 像质评价
初始结构选取与更换玻璃原则 1、初始结构选取
在同类结构中选择离散像差小的结构 注意：
适合于小像差系统
2、基于几何光学的方法
光路追迹计算
3、综合评价的方法
光学传递函数
10
第九讲 像质评价
一、瑞利判断 实际波面和参考球面波之间的最大 波像差不超过λ/4时，此波面可看 作是无缺陷的。
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第九讲 像质评价
一、瑞利判断
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第九讲 像质评价
二、中心点亮度 光学系统存在像差时，其成像衍射 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. ≥0.8
（以像差理论为指导）
适当的人工参与可以扩大解空间，
并加速求解过程
5
第九讲 像质评价
光学设计一般过程：七个步骤
Step5：像质评价
基于几何光学的方法 基于衍射理论的方法 综合评价方法
（不满足要求需返回校正）
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第九讲 像质评价
光学设计一般过程：七个步骤 Step6：分配公差
计算，分配，制定 镜头诸元件、组件的 加工公差和装配公差
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第九讲 像质评价
二、中心点亮度
包容圆
任一像点的整体能量分布情况
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第九讲 像质评价
三、分辨率
两个等亮度点间的距离＝艾里斑半径
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第九讲 像质评价
三、分辨率
ISO12233鉴别率板
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第九讲 像质评价
三、分辨率
色彩测试标板 ColorChecker
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第九讲 像质评价
四、点列图
由一物点发出的许多条光线，经光学系 统成像后，与像面的交点不再集中于一 点，而是形成一个分布在一定范围内的 弥散图形，称之为点列图。 利用点的密集程度来衡量成像质量
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第九讲 像质评价
十、其它需要评价的成像情况
材料特性；加工误差；安装误差
光谱透过率分析 整体能量透过率分析 材质影响分析 环境影响分析 鬼像分析
公差分析Tolerancing
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第九讲 像质评价
十、其它需要评价的成像情况
公差分析Tolerancing
Cooke Triplet f/4.5 Tolerance Analysis
③ 双胶合透镜，注意使胶合面两边的
Δn变化不大。
n*1
ri* ri n1
51
第九讲 像质评价
初始结构选取与更换玻璃原则
3、更换玻璃－更换玻璃校正色差
可用更换玻璃的方法校正色差。 （1）若0.707带LFC'大，全市场的YFC'较 小，则更换靠近光阑的一块。 （2）若两种色差的符号相反，则更换光 阑前面那块。
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第九讲 像质评价
四、点列图
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第九讲 像质评价
五、光学传递函数
把物体看作是发光点的集合： 能量集中程度
把物体看作是由各种频率的谱组成： 对比度的降低和相位推移
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第九讲 像质评价
五、光学传递函数
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第九讲 像质评价
五、光学传递函数
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第九讲 像质评价
五、光学传递函数
f ' 不变：D/f ' 增大，ω减小。
D/f ' 不变：f '增大，ω减小。
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第九讲 像质评价
初始结构选取与更换玻璃原则
2、缩放焦距
ri * ri
f '* f'
d i* d i
f
'*
f '
专利文献和镜头手册上的结构参数，一 般按f '= 1给出，此时，只要把查出的结 构参数乘以f '*就可以了。
100
On-Axis
0.707Field Full Field
Cumulative Probability (%)
80
80% probability of
Achieving ~0.88
60
MTF for Field 1
-or-
40
80% of built systems
will have about 0.88
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第九讲 像质评价
初始结构选取与更换玻璃原则 3、更换玻璃
国外专利文献中，物镜所选玻璃牌号与 国产玻璃牌号不符，尤其是高性能物镜 多选用镧玻璃，比较贵且难于加工，所 以一般需要更换。
50
第九讲 像质评价
初始结构选取与更换玻璃原则
3、更换玻璃－保持色差不变更换玻璃
① 选接近的玻璃。
② 正透镜选用高折射率冕玻璃，可减 少系统高级像差和SIV。
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第九讲 像质评价
七、光线差曲线
不同波长、不同 视场、不同孔径 的光线到达高斯 像面时，偏离高 斯像点的距离。
左边为子午面情况， 右边为弧矢面情况。
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第九讲 像质评价
八、点扩散函数 一个理想的几何物点，经过光学系统 后，其像点的能量展开情况
36
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第九讲 像质评价
九、线扩散函数 指子午面或弧矢面内的几何线，经过 光学系统后，其能量展开情况
OCAD 计算机辅助光学设计
主讲：谢洪波
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第九讲 像质评价
光学设计一般过程：七个步骤
Step1：根据仪器总体性能设计要求， 确定光学系统的基本参数
孔径、视场、波长； 像面大小or焦距；
成像质量要求； 体积价格要求；
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第九讲 像质评价
光学设计一般过程：七个步骤 Step2：求解或查找初始结构
PW法求解 查找相关技术手册或专利文献 （经验非常重要）
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第九讲 像质评价
五、光学传递函数
31
第九讲 像质评价
五、光学传递函数
32
第九讲 像质评价
五、光学传递函数
MTF
II
I
0.1
0.03
0
v
MTF曲线
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第九讲 像质评价
六、光程差曲线
不同波长、不同 视场、不同孔径 的光线到达高斯 像面时，与近轴 理想光线的光程 差。
左边为子午面情况， 右边为弧矢面情况。