光學(xué)系統(tǒng)的PSF及MTF評價

 
一、 實(shí)驗?zāi)康?br /> 1． 了解光學(xué)系統(tǒng)的PSF及MTF的基本物理概念。
2． 掌握利用干涉法測波差求PSF及MTF的基本方法。
3． 掌握光學(xué)系統(tǒng)的PSF及MTF的評價方法。
 
二、 實(shí)驗原理
光學(xué)系統(tǒng)相對于理想物點(diǎn)的成像點(diǎn)的質(zhì)量，可作為光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量的評價指標(biāo)。實(shí)驗中為便于形成理想物點(diǎn)，對一般光學(xué)系統(tǒng)，通常選擇理想物點(diǎn)位于光軸上的無窮遠(yuǎn)處，即采用平行光入射被測光學(xué)系統(tǒng)的方法，這時所要考察的像方焦點(diǎn)的分布即為點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)PSF。根據(jù)光學(xué)系統(tǒng)的傅里葉變換特性，點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)PSF可直接由波差計算得到
                 （1）
式中，為點(diǎn)振幅分布函數(shù)，C為常數(shù)，為光學(xué)系統(tǒng)的口徑，為光學(xué)系統(tǒng)的焦距，取單位圓中的規(guī)化坐標(biāo)。則點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)為
                                        （2）
一般使PSF規(guī)一化，即
                                              （3）
調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF）反映了光學(xué)系統(tǒng)對不同分辨率的物點(diǎn)在其相應(yīng)的像點(diǎn)中對比度的下降情況?？赏ㄟ^對點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)進(jìn)行傅里葉反變換求得。
                           （4）
式中，為光學(xué)傳遞函數(shù)。規(guī)一化后的調(diào)制傳遞函數(shù)為
                                                 （5）
調(diào)制傳遞函數(shù)也用自相關(guān)方法從波差求得
                 （6）
式中，表示兩錯開光瞳的重疊區(qū)，表示出瞳孔徑范圍。
本實(shí)驗采用與實(shí)驗四相同的實(shí)驗方案，在獲得波差的條件下，進(jìn)一步由程序按上述方法自動計算PSF與MTF。
 
三、 實(shí)驗光路
同“位移的激光干涉”實(shí)驗（加PZT）
 
四、 實(shí)驗步驟
1. 調(diào)整擴(kuò)束系統(tǒng)的物鏡和透鏡，使激光平行入射到分光棱鏡14；并調(diào)整分光棱鏡14的位置，使參考光束嚴(yán)格偏轉(zhuǎn)90度。
2. 調(diào)整參考鏡的傾斜量，使參考光束進(jìn)入到CMOS的靶面內(nèi)。
3. 將被測光學(xué)系統(tǒng)（10倍物鏡）放入到測量臂中，調(diào)整光學(xué)系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)平面鏡之間的位置，使10倍物鏡的焦點(diǎn)落在平面鏡表面。在實(shí)驗中可用一張開一個小孔的繪圖紙，將該繪圖紙放在光學(xué)系統(tǒng)的焦平面上，并使小孔與焦點(diǎn)重合。然后尋找焦點(diǎn)經(jīng)平面鏡反射后所形成的光點(diǎn)，調(diào)整平面鏡的傾斜和軸向距離，使反射光點(diǎn)落入到小孔內(nèi)。
4. 微調(diào)平面鏡的傾斜量，使被測光束進(jìn)入CMOS的靶面內(nèi)并于參考光束重合，形成干涉條紋。
5. 運(yùn)行干涉圖的干涉處理軟件，進(jìn)入【實(shí)時采樣】對話框，按【采樣】按鈕可使計算機(jī)自動驅(qū)動壓電晶體（PZT）進(jìn)行條紋掃描和圖象采集工作，并完成波差計算。通過波面顯示（三維立體顯示、等高圖）觀察波面形狀及數(shù)據(jù)。
6. 在菜單中選擇【工件信息】，正確填入被測光學(xué)系統(tǒng)的口徑、焦距或相對口徑；然后從菜單項中選擇【點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)（PSF）】，程序自動求得點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)PSF。
7. 從菜單項中選擇【調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF）】，程序自動求得子午和弧氏方向上的傳遞函數(shù)分布圖。
 
五、 實(shí)驗表格
 
被測透鏡摘要：                                           
 

序號	R(mm)	子午方向（X）	弧矢方向（Y）
1
2
3
4
5

 
 
六、 思考題
1． 波差與PSF或MTF的關(guān)系，是什么？
2． 波差大小在PSF及MTF圖上應(yīng)如何顯示？
3． MTF上二條曲線各代表什么意義？
 
 
附：PSF和MTF實(shí)驗結(jié)果圖