光電子學(xué)課件第五章

光電子學(xué)課件第五章第1頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月1.點擴散函數(shù)定義：光學(xué)系統(tǒng)對點源所成的像稱為該系統(tǒng)的點擴散函數(shù)（pointspreadfunction，PSF）。對光學(xué)系統(tǒng)來講，輸入物為一點光源時其輸出像的光場分布稱為點擴散函數(shù)。在數(shù)學(xué)上點光源可用δ函數(shù)（點脈沖）代表，輸出像的光場分布叫做脈沖響應(yīng)，所以點擴散函數(shù)也就是光學(xué)系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)函數(shù)。也稱為脈沖的響應(yīng)函數(shù)、格林函數(shù)、夫瑯禾費衍射函數(shù)第2頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月第3頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月第4頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月第5頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月第6頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月補充：像質(zhì)評價關(guān)于光學(xué)系統(tǒng)的性能主要有兩個方面，一是對光學(xué)系統(tǒng)的特性參數(shù)的要求，如焦距、物距、像距、放大率、入瞳及出瞳等；二是成像質(zhì)量，光學(xué)系統(tǒng)成的像應(yīng)足夠清晰，變形小。第二種方法是檢查其像差形成的彌散斑的大小，以便確定像質(zhì)的優(yōu)劣。第7頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月第三種方法是檢查光學(xué)系統(tǒng)成像的波像差。對理想光學(xué)系統(tǒng)，從一個點光源發(fā)出的同心光束，不論其孔徑角多大，在經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)折射或反射后，應(yīng)成像于一點。根據(jù)光的波動學(xué)說，光線是波面的法線，理想光學(xué)系統(tǒng)成的像點應(yīng)是球形波陣面的中心。在有像差時，波面就不再是以理想像點為中心的球面。實際波面與理想波面之間的光程差，就稱為波像差，它可作為評價像質(zhì)的指標(biāo)。第8頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月像質(zhì)評價典型的測試空間分辨率用圖第9頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月在很多情況下波像差比幾何像差更能反映成像質(zhì)量。一般認(rèn)為最大波像差小于1/4波長時，該系統(tǒng)的像質(zhì)與理想光學(xué)系統(tǒng)無顯著區(qū)別，這個規(guī)則稱為瑞利準(zhǔn)則。一個光學(xué)系統(tǒng)瞳面上的波像差分布圖，圖中的數(shù)字表示波長的倍數(shù)第10頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月2.斯特列爾比PSF是用于掃描像質(zhì)的兩個最完全的函數(shù)之一（另一個是光學(xué)傳遞函數(shù)OTF），但計算復(fù)雜。為方便，研究其派生出來的簡化函數(shù)→斯特列爾比定義：實際系統(tǒng)峰值光強與衍射極限系統(tǒng)峰值光強之比。光學(xué)系統(tǒng)的相位差第11頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月對于無像差的系統(tǒng)，高斯像面上的像點擁有最大的光強，如存在像差，光強最大的位置稱作衍射焦點（diffractionfocus），對小像差系統(tǒng)，最大光強點的位置可通過給波前函數(shù)附加少量的傾斜和離焦量以使得波前差的方差變得最小來找到。在有像差情況下的高斯像點（參考球面波的起點就是觀察平面上的最大光強點）處的光強除以無像差存在時高斯像點的光強，就叫做斯特列爾比（Strehlratio），或者叫做斯特列爾定義（StrehlDefinition）、斯特列爾強度（StrehlIntensity）。第12頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月第13頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月第14頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月3.周圍能量與空間頻率的關(guān)系出射角出射角光柵周期第15頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月第16頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月第17頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月第18頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月5.4光學(xué)傳遞函數(shù)第19頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月1948年“光學(xué)傳遞函數(shù)”—美國電視工作者賽德（O.Schade）1962年英國霍普金斯（H.H.Hopkins）將光學(xué)傳遞函數(shù)（Opticaltransferfunction—OTF）用于光學(xué)設(shè)計。第20頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月PSF：點光源成像表面輻射連續(xù)分布的物體成像→光學(xué)傳遞函數(shù)（OTF）第21頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月線性網(wǎng)絡(luò)的電壓傳遞網(wǎng)絡(luò)的電壓傳遞函數(shù)第22頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月電壓傳遞函數(shù)與光學(xué)傳遞函數(shù)的對比二者形式相似電壓傳遞函數(shù)是電路系統(tǒng)的時間頻率響應(yīng)函數(shù)光學(xué)傳遞函數(shù)是光學(xué)成像系統(tǒng)的空間頻率響應(yīng)函數(shù)第23頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月傳遞函數(shù)在象質(zhì)評價上的意義

圖5MTF與象質(zhì)評價Ⅰ1.00.80.60.40.2ⅡfCⅠfCⅡMTF第24頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月測量OTF的方法——正弦光柵法

光源聚光鏡濾光鏡狹縫被檢物鏡平行光管光柵分析器第25頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月測量OTF的方法——針孔法

第26頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月刀口法光源聚光鏡狹縫被檢物鏡光電管