第5章光學系統象質檢驗與評價1

1、第五章光學系統象質檢驗與評價 §5-1星點檢驗一、 星點檢驗原理為克服物體上各點成像后彌散斑的作用，用以各點經過光學系統成像，觀察其彌散斑，如果有誤差及像差，彌散斑變形，利用人眼對此變形及亮度的變化，檢驗出象差這種方法稱為星點檢驗。黑暗背景上有一個亮點（對被檢系統而言，點的幾何像小于彌散斑半徑即可認為是一個點）人很容易區(qū)分光能的變化，如果衍射形狀改變，則更靈敏，可達十分之一波長。 二、 星點檢驗裝置1、 平行光管部分；聚光鏡、星點、物鏡平行光管口徑大于待檢物鏡入瞳直徑徑且物鏡像質較好光源選用發(fā)射連續(xù)光譜且亮度大的燈星點大?。盒屈c允許的最大角直徑應等于被檢系統艾利斑第一暗環(huán)的角半徑的二

2、分之一如圖 例：如果若不用平行光管則可直接將星點放置于距物鏡前節(jié)點的距離20倍焦距處則例：待檢物鏡口徑D=70mm 焦距，由得星點大襯度不好、星點小襯度好但太小圖形暗不易觀察2、 被檢系統支持部分能自動定心或帶偏心調整裝置，以保證被測物鏡和平行光管光軸顯微鏡光軸重合3、 顯微鏡部分根據弗朗和費衍射理論知道，一個光學系統對一個無限遠的點光源成像其實質是在其光瞳面上衍射的結果，在焦平面上衍射相的振幅分布就是光瞳面上的振幅分布函數（通常稱為瞳函數）的傅里葉變換，光強分布是振幅模的平方。對于一個理想光學系統而言，瞳函數是一個實函數，而且是一個常數，代表一個理想平面波或球面波，因為星點象的光強分布僅取決

3、于光瞳的形狀,對于圓形光瞳所有理想光學系統焦面內星點象的光強分布就是圓函數的傅里葉變換模的平方。式中對于實際光學系統由于像差誤差的影響、是瞳函數變?yōu)閺蛿敌碗姽鈴姺植甲冃危ㄟ^這種變形可以觀察到象差。能量分布II0備注083.78%01中央級大1.22000第一極小1.6357.22%0.0175第一極大2.23300第二極小2.6792.77%0.0042第二極大3.23800第三極小3.6691.46%0.0016第三極大1) 顯微物鏡數值孔徑保證出射光束能全部進入觀察顯微鏡,說以保證NA>2) 顯微鏡的放大率已能分辨第一和第二兩環(huán)為準則兩環(huán)在被檢焦面上距離K2533805076337

4、60經顯微鏡后兩衍射環(huán)象能為人眼鑒別取則取則顯微鏡的放大倍率 取則若取則3) 平面光學零件或望遠鏡用前置鏡接受除對前置鏡的象質又要求外要求入瞳直徑大于望遠鏡出瞳,與顯微鏡的選折相似平面零件,取得§5-2分辨率檢驗分辨率所獲得的被測系統相職信息不如星點多靈敏度不如星點高，但比較直觀定量。根據衍射理論理想光學系統的最小分辨角值與入瞳大小有關，只有在象差比較大時分辨率才會隨像差的變化有較明顯的變化，如照相物鏡。分辨率與象的清晰度沒有必然的聯系，有時甚至會出現矛盾。一、 分辨率的概念 考察不同間距的兩發(fā)光點在象面上兩衍射象可被分辨與否就能定量的反應光學系統的成像質量。兩個靠得很近的光點的艾利

5、班，重疊取得的光強相對于艾利班中心最大光強的對比度K應大于人眼的對比靈敏度有三種判據 中央亮斑光能為83.76%,第一亮環(huán)為7.22，第二亮環(huán)為2.77，第三亮環(huán)為1.46當兩園盤靠近時光能疊加分開兩靠近物點的能力為鑒別率如圖1） 瑞利判斷：兩衍射斑之間的中心距剛好等于第一衍射暗環(huán)半徑，K15 兩衍射斑之間的光強的最小值為最大值的73.52） 道斯判據： K2.6 兩衍射斑之間的合光強的最小值為1.013最大為1.045 3） 斯派羅判據： K0 兩衍射斑之間的合光強值為1.118 二、 光學系統的理想分辨率的計算 1、 望遠鏡以物方剛能分辨開的兩個發(fā)光點的角距離表示以望遠物鏡后焦面上兩衍射斑

6、的中心距對物鏡后主點的張角表示 K=15% 用于系統K=2.6% 用于零件2、 顯微鏡， ，由正玄條件即K2.6時的 ，n提高可提高分辨率 (浸油物鏡)3、 照相物鏡K2.6， F三、 波像差與分辨率關系可認為為理想分辨率四、 分辨率圖案1、 柵格式分辨率圖案每塊25組，每組線條寬度以值比遞減2、 輻射狀分辨率圖案 3、 塔式分辨率圖案：照相物鏡照相時的分辨率五、 光學系統分辨率的測量1、 望遠系統望遠系統的物鏡為孔徑光闌又為入瞳所以分辨率由物鏡決定目鏡起放大作用設計時只考慮物鏡分辨率。但由于加工裝配，及材料誤差故測量時不僅要對物鏡進行單獨測量外還要測定系統的分辨率。1） 直接觀察要求：（1）

7、平行光管復消色，口徑比被測系統口徑大。（2）人眼極限分辨角為如望遠系統放大倍率若系統分辨率時無法測量。（3）被測系統出瞳直徑應小于人眼瞳孔直徑否則無法測量2）附加以輔助前置鏡觀察前置鏡的要求與星點檢驗是相同入瞳大于被檢儀器的出瞳，出瞳小于人眼瞳孔直徑注意：（1）光軸重合（2）被檢系統目鏡視度為零（3）檢驗視場中心分辨率（4）四個方向均能分清 （5）不一定線條分得很開只要認出四個方向上的線條數即可（6）分辨率拌均勻照明2、物鏡分辨率1） 望遠物鏡柵格狀分辨率板輻射狀分辨率板 注意：(1）平行光管物鏡大于被測物鏡孔徑被測物鏡盡量靠近平行光管以減小雜光的影響平行光管套一個比被檢物鏡稍大一點的光闌K217325433542759(2)顯微物鏡 數值孔徑和放大率根據被測物鏡相對孔徑選擇,(3)光軸基本重合3)照相物鏡綜合分辨率 N照相物鏡的目視分辨率底片的分辨率(1) 目視分辨率a) 軸上點分辨率b) 軸外點分辨率數值孔徑和放大率根據被測物鏡相對孔徑選擇條數即可行單獨測量外還要測定系統的分辨率繞物鏡后主點轉動顯微鏡后移軸外分辯率子午，弧矢實際上對子午光束有效口徑變小變大所以注意事項：（1）平行光管口徑大于被檢物鏡口徑在檢驗各視場的分辨率時應保證平行光管的光束充滿被測物物鏡入瞳。（2）平行光管象質盡量好，焦距比被測物鏡答兩倍以上。（3）顯微鏡