成像光学设计必须校正光学系统的像差,但既不可能也不需要把像差校正到完全理想的程度,因此需要选择像差的最佳校正方案,也需
要确定校正到怎样的程度才能满足使用要求,即确定像差容限。这两方面都属于光学系统质量评价问题,它对光学设计者具有重大指导
意义。
成像光学设计必须校正光学系统的像差,但既不可能也不需要把像差校正到完全理想的程度,因此需要选择像差的最佳校正方案,也需
要确定校正到怎样的程度才能满足使用要求,即确定像差容限。这两方面都属于光学系统质量评价问题,它对光学设计者具有重大指导
意义。一般而言,有以下几种评价光学系统质量的标准。
1.斯特列尔判断
2.瑞利判断
3.分辨率
4.点列图
5.光学传递函数
我们接下来一一进行介绍。
一、斯特列尔判断
光学系统有像差的时候,衍射图样中中心亮斑(即艾里斑)占有的光强度比理想成像的时候要低,这两者的光强度之比称为Strehl强度
比,又称为中心点亮度,以S.D.表示。Strehl判断认为,中心点亮度S.D.>= 0.8的时候,该光学系统是完善的。如下图,物点发出的波
面经过理想光学系统后,在出射光瞳处得到的是球面波,而实际光学系统的像差使像方的波面不再是球面波,像差的影响就是通过这种
位相的变化而反映为衍射图样的变化。如果像差引起的光程差,即波像差为W,那么对于一个像差很小的光学系统来说
中心点亮度S.D.与波像差W之间有相对简单的关系,即
S.D.=1- k^2 ¯(W^2 )
利用这种关系和上述S.D. >= 0.8的判据,就可以决定像差的最佳校正方案和像差的公差。
Strehl提出的中心点亮度S.D.>= 0.8的判据是评价小像差系统成像质量的一个比较严格而又可靠的方法,但是缺点是计算起来相当复
杂,不便于实际应用。
瑞利判断
瑞利判断:实际波面与参考球面之间的最大偏离量,即波像差不超过1/4波长时,此时实际波面可认为是无缺陷的。
该判断提出两个标准,即:有特征意义的是波像差的最大值;波像差最大值的容许量不超过1/4波长。但是瑞利判断是不够严密的,它
只考虑了波像差的最大值,而未考虑波面上缺陷部分在整个面积中所占的比重。透镜中的一个小气泡或透镜表面的一条很细的该痕,都
会引起好几个波长的波像差,但这种缺陷只占波面上极小的局部区域,对成像质量并没有显著影响。
瑞利判断的优点是便于实际使用,由于波像差与几何像差之间的关系比较简单,其值易于计算。瑞利判断的另一个优点是对通光孔不必
做任何假定,只要计算波像差曲线,便可以依据此判断进行评价。
从实际使用来看瑞利的波像差小于1/4波长的判据与斯特列尔的中心点亮度S.D.>= 0.8的判据是一致的。所以对于小像差系统,比如望
远镜和显微物镜,可以利用瑞利判断与斯特列尔判断来判断成像质量。
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