第八章 光学系统的像质评价分解

ray fanray fan表示是光学系统的综合误差。

它的横坐标是光学系统的入瞳标量，因此总是从-1到+1之间。

显然0的位置对应就是光轴在入瞳中心的焦点。

纵坐标则是针对主光线（发光点直穿光阑中心点的那条光线）在像面上的位置的相对数值。

由于我们在计算光路的时候，通常仅仅考虑两类光线，子午面和弧矢面。

这样对于不同的面，就有两种不同rayfan显示要概念上理解ray fan图，我们假设有一个薄透镜的光学系统。

光阑就在这个薄透镜上。

有一个在子午面上的轴外点，发出一束光线射向这个透镜，那么它在子午面的ray fan图将是这样绘制的：首先，这一束光线会射向光学系统的入瞳（同时也是光阑）上，会在子午面上有一个光束的分布。

因此他们每个对应点都将在未来的rayfan图上显示－1到＋1的横坐标。

显然主光线的位置是光阑的中点，就是0的位置。

然后这一束光线继续穿过光学系统，最后折射到像面上。

由于由像差的存在；在像面的子午面上将形成由无数光点形成的光线。

（对于理想的光学系统，还是应该形成一个点），这个线上一定会有一个点，是由主光线形成的。

这个点就作为整个像差的参考原点。

其他的各个点到这个点的位置差值就是在ray fan中对应于各个横坐标入瞳位置的纵坐标值！这样，一系列的点就可以在这个下xy的坐标系统中表示出来。

只要有足够的点，就能连接绘制一个完整的ray fan图。

这就是ray fan图的含义，它表示的是这个光学系统参照入瞳位置的像差综合值。

需要指出的是：由于有子午和弧矢两个面，因此对于每个视场的ray fan都有两个。

一个子午T（对应于PY和EY），和一个弧矢S（对应于PX和EX）。

又由于系统选择的光线不同，在每个视场的ray fan中可能会显示多个光线的不同ray fan。

zemax将会给每个视场都绘制一个ray fan图。

ray fan缺省的位置是IMA面位置，缺省的采样点是20个点等等都可以在setting 中进行重新设置。

像质评价方法分析光学系统的主要作用是把目标光线，按要求改变其传播方向，最终送入仪器接收器，而整个过程的主要目的是让我们得到目标光线的各种我们所需的信息，因此，成像质量的评价就反映了这个光学系统对目标信息的还原能力，譬如光学系统所成的像应该足够清晰，并且物像相似，变形要小。

像质评价大致可分为检测阶段和设计阶段的评价，检测阶段的像质评价指标常用星点检测和分辨率检测来评价,设计阶段的像质评价指标常用几何像差，垂轴像差，波像差，光学传递函数，点列图，点扩散函数，包围圆能量等来评价。

星点检验是观察点光源通过光学系统所得到的像斑形状。

光学系统没有几何像差时，像斑为标准的艾里圆，有几何像差或离焦时，光强分散。

分辨率法比较简单、方便、意义明确，能够用数量表示。

但它只能表述细节能不能分辨的界限，对于较粗线条的成像质量，不能作出定量的评价。

基于几何像差的概念，用米字形光阑模拟光线，测量除畸变、倍率色差外的其它五种几何像差。

其优点是§测量结果可直接与光线追踪结果相比较。

但它没考虑衍射，且测量工作量大。

此外还有阴影法、干涉法，它们比较适用于非成像光学系统，对于成像光学系统主要用于测量轴上点成象质量，测量范围受限制。

.常见的像质评价方法由于课上及课件中我们对于分辨率法，瑞利判断等的推导，对原理都已经有了一定的了解，并且掌握了一些判定技巧，在这里就不再进行赘述。

下面我们对常见的几种评价方式的优缺点分别进行简单的分析与概括：1瑞利判断和中心点亮度1.1瑞利判断定义：实际波面与参考球面波之间的最大波像差不超过4 /入时，此波面可看作是无缺陷的。

优点：便于实际应用缺点：不够严密。

适用范围：是一种较为严格的像质评价方法，适用于小像差光学系统。

1.2中心点亮度1 ）中心点亮度：光学系统存在像差时，其成像衍射斑的中心亮度和不存在像差时衍射斑的中心亮度之比S. D来表示光学系统的成像质量。

2）斯托列尔准则：当S. D > 0.8 ，认为光学系统的成像质量是完善的。

第八章光学系统的像质评价和像差公差光学系统的像质评价和像差公差是光学设计中非常重要的内容，对于确保光学系统的成像效果和减小像差具有重要意义。

本文将从像质评价和像差公差两个方面进行详细介绍。

第一部分：像质评价在光学系统设计中，像质评价是衡量系统成像效果好坏的一项重要指标。

像质评价可以通过不同的参数来进行，如分辨率、畸变、像场曲率等。

1.分辨率：分辨率是指系统能够分辨出最小细节的能力。

在光学系统中，分辨率受到折射率、孔径、波长等因素的影响。

分辨率的提高可以通过增加系统的孔径、减小像散等方法来实现。

2.畸变：畸变是指光学系统成像时图像相对于参考图像的形变情况。

主要分为径向畸变和切向畸变两种。

径向畸变是指图像中心与边缘的变形情况，切向畸变是指图像的扭曲情况。

畸变的产生主要是由于光学元件的形状和定位误差导致的，可以通过优化元件设计和加强装配精度来减小畸变。

3.像场曲率：像场曲率是指光学系统各个像点的焦距随着物距的变化情况。

如果像场曲率过大，会导致成像不清晰，失去焦点。

可以通过调整透镜曲率半径、引入焦点平面等方法来改善像场曲率。

第二部分：像差公差像差是指光学系统成像时图像与理想像之间的差异，它是光学系统中不可避免的问题。

为了减小像差，需要对光学系统进行像差公差的设计和控制。

1.球面像差：球面像差是由于透镜表面的曲率或者抛物率与光线的入射角度不匹配导致的成像失真。

可以通过优化透镜表面形状和选择合适的材料来减小球面像差。

2.形状像差：形状像差是光学元件的形状不规则或者安装位置偏差导致的成像失真。

可以通过优化元件设计和加强装配精度来减小形状像差。

3.色差：色差是指透镜对不同波长的光具有不同的折射率，从而导致颜色偏差。

色差主要分为色散和像散两种。

色散是指透镜对不同波长的光具有不同的聚焦效果，像散是指不同波长的光成像位置不一致。

可以通过使用多片透镜组合、引入补偿透镜等方法来减小色差。

在光学系统设计中，像质评价和像差公差是重要的内容，对于确保系统的成像效果和减小像差具有重要意义。

第七章像质评价7.1 引言在前面中，我们讲述了光线计算和光学系统中的像差。

根据前面所学到的知识，基本上就可以进行光学仪器中的光路设计了，但设计的结果怎么样?质量如何?是否满足使用要求就不得而知了。

这就需要有一套评价光学系统质量优劣的方法和手段。

由光线追迹知道，由点目标发出的一束光线经过光学系统后，这些光线并不都相交于像面上一点。

如果我们选定某一点作为参考点，那么这些光线的交点与参考点的偏差就是像差。

我们还可以这样说，从几何光学观点看，如果一个光学系统是理想的，那么光学系统对点目标所成的像也是一个点。

也就是说，目标点和所成的像点是一一对应的。

但是，由于绝大多数光学系统均有像差存在，这种一一对应的关系就被破坏了，点目标所成的像不再是一个点，而是有一定几何尺寸的弥散斑。

实际上，点目标的像是成像光线在像面上交点的集合。

从物理光学观点看，即使光学系统是没有任何像差的理想光学系统，那么一个点目标通过该系统所成的像也不是一个点像，而是和光学系统口径有直接关系的、具有一定尺寸的衍射图样。

如果光学系统的通光孔径是圆形的，那么点目标的衍射图样便是以中心亮盘为中心，周围环绕以亮度逐渐减弱的、明暗交替的环，其形状便是著名“爱里斑”。

由上面的分析知道，光学系统对点目标所成的像并非一个“点”，而是具有一定几何尺寸的弥散斑。

弥散斑的尺寸取决丁光学系统的通光口径、波长和光学系统的像差。

我们可以把目标看做是由大量的点元组成的集合体。

目标中的每一个点通过光学系统成像后均为一个弥散斑，这些弥散斑的集合就构成了目标的图像。

因此，详细讨论点目标(包括轴上点和轴外点)的成像特件，并对其成像质量进行评价是十分有意义的。

我们现在面对的事实是：一个光学系统对点目标所成的像，即弥散斑的尺寸有多大，它是衍射效应占主导，还是几何像差占主导，多大尺寸的弥散斑是可以接受的，弥散斑内的能量是如何分布的，图像的对比度降低了多少，该系统的整体质量如何，这些问题集中起来就是像质评价要解决的主要内容。

07光学系统成像质量评价光学系统成像质量评价是指对光学系统的成像效果进行客观评估和定量描述。

光学系统成像质量是指光学系统对物体的成像能力，即像质的好坏。

好的光学系统成像质量表现为高分辨率、高对比度、低像差等特点。

成像质量评价主要包括分辨力评价、像差评价和对比度评价等。

分辨力是评价光学系统成像质量的重要指标之一、它是指能够分辨清晰的最小细节的能力。

分辨力的大小与光学系统的光学特性、入射光的波长、传感器的像素大小等有关。

常用的分辨力评价方法有MTF （Modulation Transfer Function）方法和空间频率方法。

MTF是光学系统传递像差的度量，通过测量光系统对一定空间频率的输入信号的传输量来表示光学系统对物体微细特征的分辨能力。

空间频率方法则是通过分析物体不同空间频率成分的能量来评价分辨能力。

像差评价是针对光学系统中各种像差对成像质量的影响进行评价。

光学系统中常见的像差包括球差、散光、像散、畸变等。

球差是由于球面透镜成像能力不完全而产生的像差，它导致透镜焦距与入射光位置有关。

散光是由于透镜折射率随距离而变化引起的像差，散光会导致成像点模糊。

像散是在光学系统中，不同波长的光会聚焦在不同位置形成不同的像点，从而导致色差。

畸变则是指光学系统成像时物体真实尺寸与其等效尺寸之间的变化。

像差评价的方法很多，包括通过测试物体进行目测、使用CCD 相机进行像差测量等。

对比度评价是用来描述光学系统成像能力的指标之一、对比度是指在光学系统中被成像物体的亮度差异。

对比度的好坏会直接影响到物体的细节清晰度和图像的视觉效果。

对比度评价的方法多样，可以通过测量物体亮度的标准差、计算图像的峰值信噪比等方法来评价对比度。

总之，光学系统成像质量评价可以通过分辨力评价、像差评价和对比度评价等方法来进行。

这些方法可以客观地评估光学系统成像质量的好坏，为光学系统设计和优化提供依据。

第八章光学系统的像质评价和像差公式光学系统的像质评价和像差公式是研究光学系统成像质量的重要工具。

光学系统的像质评价主要通过像差公式来描述光学系统成像的误差，从而提供了评价光学系统成像质量的定量指标。

光学系统的像质评价可以从图像质量和像差两个方面进行。

图像质量是指图像的清晰度、对比度、分辨率等方面，是反映图像信息传递能力的指标。

而像差是指由于光学系统的结构、材料、制造等因素造成的光线偏差，导致图像不完美的情况。

像质评价的目标是通过对图像质量和像差的分析，得到一个综合的定量指标，从而评估光学系统的成像质量。

像差公式是描述光学系统成像误差的数学关系。

常见的像差公式有球差公式、彗差公式、像散公式、畸变公式等。

这些公式通过数学表达了光线经过光学系统后的成像位置与理想位置之间的差异，即描述了光学系统的误差情况。

这些公式的推导通常是基于几何光学的假设和光线传播的物理原理，可以对光线的传播路径进行建模和分析。

光学系统的像差公式一般可表示为：Δx=AΔy+B(Δy)²+C(Δρ)²+D(Δy)³+E(Δy)(Δρ)²+F(Δρ)³+...其中Δx是成像位置的偏差，Δy是入射光线的高度偏差，Δρ是入射光线的径向偏差。

A、B、C、D、E、F等系数则表示了不同像差的贡献程度。

不同的像差对成像质量的影响各不相同，有的像差会导致图像模糊、失真，有的像差会限制系统的分辨率等。

通过分析像差公式，可以得到不同像差与光学系统参数的关系。

这使得我们能够通过调整光学系统的设计参数来减小或消除像差，提高光学系统的成像质量。

例如，如果发现球差对成像质量的影响较大，可以通过改变光学系统的球面曲率来减小球差；如果发现像散对成像质量的影响较大，可以通过引入非球面透镜来减小像散。

像差公式为光学系统的设计和优化提供了理论基础和指导。

总结起来，光学系统的像质评价和像差公式是研究光学系统成像质量的重要工具。

光学系统成像质量评价课件 (一)近年来，随着科技的不断发展，光学成像技术得到了快速的发展。

光学系统成像质量评价课件作为其中的一种新的教学手段，已经被广泛应用于光学成像领域。

在这篇文章中，我们将重点介绍光学系统成像质量评价课件的相关知识。

首先，我们需要了解什么是光学系统成像质量评价。

在光学成像领域，光学系统成像质量评价是指通过一些具体的指标来评价成像系统的成像质量，并依据这些指标来确认系统是否达到了预期的成像效果。

这些指标包括但不限于分辨率、对比度、畸变程度以及像场弯曲等等。

其次，我们需要了解光学系统成像质量评价课件的用途和作用。

光学系统成像质量评价课件是为了让学生能够更加深入地了解光学成像的知识，并实际运用理论知识去评价一个光学成像系统的成像效果。

通过这个过程，学生能够更加深入地了解光学系统的构成、工作原理、成像误差以及解决方法等。

能够更快、更全面、更深刻地掌握光学成像的知识。

接下来，我们需要了解光学系统成像质量评价课件的内容和技术特点。

光学系统成像质量评价课件的内容主要包括了光学成像系统的构成、光学成像质量评价指标、测试方法以及成像误差的分析与解决等内容。

课件通过图文并茂的方式，配合向导式操作，使学生能够更加深入地了解光学成像的知识。

同时，该课件具有测试含量大、数据真实性强、测试结果可靠准确、互动性强的特点，能够更好地让学生体会到科技进步对现实的贡献。

最后，我们需要了解光学系统成像质量评价课件的应用前景。

随着当今社会的科技发展，成像技术在军事、医学、科研、制造等领域得到了广泛的应用。

光学系统成像质量评价课件作为提高学生光学成像专业实用技能的重要手段，将在未来实现更好的应用和推广。

该课件不仅将促进学生光学成像技术的提高，也将有助于推动当今社会科技的发展，进一步提升光学成像的质量和效率。

综上所述，光学系统成像质量评价课件拥有非常广阔的用途和前景，它的引进和应用是推动光学成像领域发展的重要一步。

希望在不久的将来，更多专业人员能够通过光学系统成像质量评价课件对光学成像专业技能有更加深入的了解和认识，从而为促进整个行业和社会的发展进一步贡献力量。