像质评价方法

像质评价方法

一、几何像差曲线

1、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。

2、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，左图横坐

标是场曲，右图是畸变的

百分比值，左图中几种不

同色曲线间距是放大色差

值。

横向特性曲线（子午垂轴像差曲线）：

不同视场的子午垂轴像差曲线，纵坐标EY代表像差大小，横坐标PY代表入瞳大小，每一条曲线代表一个视场的子午光束在像面上的聚交情况。理想的成像效果应当是曲线和横轴重合，所有孔径的光线对

都在一点成像。纵坐标上对应的区间就是子午光束在理想像面上的最大弥散斑范围。这个数值和点列图中的GEO尺寸一致，GEO尺寸就是横向特性曲线中该视场三个光波中弥散最大的那个半径。其中主光线用

于描述单色像差情况；三个波长曲线用于描述垂轴色差情况。横向像差特性曲线图表示了视场角由小到大时垂轴像差曲线的变化，从中可以看出子午垂轴像差随视场变化规律。子午垂轴像差曲线的形状当然是子午像差：细光束子午场曲、子午球差和子午彗差决定的，因此曲线形状和像差数量的对应关系经常在像差校正中用到。根据像差曲线可以判断出要改善系统的成像质量，就必须改变曲线的形状和位置，即改变三种子午像差的数量。

将子午光线对a、b作连线，该连线的斜率m = (Ya-Yb)/2h 与宽光束子午场曲X’T成正比。口径改变时，连线斜率变化表示宽光束子午场曲也随着变化。当口径减小趋于0时，连线成了坐标原点(对应主光线)的切线，切线的斜率和细光束子午场曲x’t相对应。

子午光线对连线的斜率与原点切线斜率之间的差和子午球差(X’T – x’t)成正比，两个斜率夹角越大，子午球差越大。即：宽光束子午场曲与细光束子午场曲的差和子午球差成正比。当宽光束子午场曲与细光束子午场曲的符号由同号变成异号时表明子午球差加大。

子午光线对连线和纵坐标交点的高度等于(Ya +Yb)/2，是子午彗差K’T。不同波长子午光线对连线和纵坐标交点之差表示两种不同波长光之间的“色彗差”。彗差是与孔径和视场都有关的一个像差，主要反映了经过光学系统后与主光线原对称的光线对不再与主光线对称的情形，能量上反映了对于中心点的不对称，也就是“彗尾现象”。

至于色差情况，三个波长的横向特性曲线差值就反映了轴外点垂轴色差的情况。

横向特性曲线充分反映了轴外像点的成像质量和随入瞳孔径、视场大小的变化规律。在光学设计过程中，我们需要仔细的分析这些像差中那一个占据主要地位以及采取相应的措施，达到像差校正和像差平衡的目的。

弧矢像差的分析方法与子午像差分析方法相同。

对应轴上点，只有两种像差需要分析，即：轴向球差和轴向色差。“轴上点像差特性曲线（longitudinal aberration）”，通过对于轴上点球差、轴向色差的描述，综合的反映了轴上点成像质量；“场曲和畸变特性曲线”，描述了系统的子午场曲、弧矢场曲、色散、畸变等像差参数；“横向色差特性曲线”，描述了系统垂轴色差随着视场变化的规律。

二、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。

图中的几个图分别表示

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，如，是

否有明显像散特征，或

彗差特征，几种色斑的

分开程度如何，有经验

的设计者可以根据不同

RMS RADIUS：均方根半径值；

的情况采取相应的措施。

GEO RADIUS ：几何半径（最大半径）

三、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。

1、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（每毫

米线对），纵坐标是对

比度，最大是1。曲线越

高，表明成像质量越好。

2、传函与离焦关系曲线

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。

四、波像差

1、光程差曲线

图中几个曲线图分别是不同视场子午和弧矢方向上的光程差，不同颜色表示不同色光。下方表格的数据为纵坐标（光程差）的最大值，单位一般用波长。