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光学传递函数的测量实验报告

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实验四 光学传递函数测量和透镜像质评价 一. 实验目的 1. 了解光学镜头传递函数测量的基本原理; 2. 掌握传递函数测量和光学系统成像品质评价的近似方法 3. 学习抽样、平均和统计算法。 二. 主要仪器及设备 1. 导轨,滑块,调节支座,支杆,可调自定心透镜夹持器,干板夹; 2. 多用途三色 LED 面光源; 3. 波形发生器,待测双凸透镜(Φ30,f120),待测双胶合透镜(Φ30,f90); 4. CCD 及其稳压电源,CCD 光阑; 5. 图像采集卡及其与 CCD 连线,微机及相应软件。 三. 实验原理 傅里叶光学证明了光学成像过程可以近似作为线形空间中的不变系统来处理,从而可以在频域中讨论光学系统的响应特性。任何二维物体o (x, y)都可以分解成一系列 x 方向和 y 方向的不同空间频率(x ,y)简谐函数(物理上表示正弦光栅)的线性叠加: 式中o(x ,y)为o (x, y)的傅里叶谱,它正是物体所包含的空间频率(x ,y)的成分含量,其中低频成分表示缓慢变化的背景和大的物体轮廓,高频成分则表征物体的细节。 当该物体经过光学系统后,各个不同频率的正弦信号发生两个变化:首先是调制度(或反差度)下降,其次是相位发生变化,这一综)1(,)(2exp),(),(ooyxyxyxddyxiΨyx   )4(,minmaxminmaxAAAAmyxyxyxddiΨ)(2exp),(),(ii  合过程可表为 式中i(x ,y)表示像的傅里叶谱。H(x ,y)称为光学传递函数,是一个复函数,它的模为调制度传递函数(modulation transfer function, MTF),相位部分则为相位传递函数(phase transfer function, PTF)。显然,当 H=1 时,表示像和物完全一致,即成像过程完全保真,像包含了物的全部信息,没有失真,光学系统成完善像。 由于光波在光学系统孔径光栏上的衍射以及像差(包括设计中的余留像差及加工、装调中的误差),信息在传递过程中不可避免要出现失真,总的来讲,空间频率越高,传递性能越差。 对像的傅里叶谱i(x ,y)再作一次逆变换,就得到像的复振幅分布: (3) 调制度 m 定义为 式中 Amax 和 Amin 分别表示光强的极大值和极小值。光学系统的调制传递函数可表为给定空间频率下像和物的调制度之比: )2(),,(),(),(oiyxyxyxΨHΨ)5(,),(),(),(MTFoiyxyxyxmm 除零频以外,MTF 的值永远小于 1...

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