光学系统的PSF及MTF评价

 
一、 实验目的
1． 了解光学系统的PSF及MTF的基本物理概念。
2． 掌握利用干涉法测波差求PSF及MTF的基本方法。
3． 掌握光学系统的PSF及MTF的评价方法。
 
二、 实验原理
光学系统相对于理想物点的成像点的质量，可作为光学系统成像质量的评价指标。实验中为便于形成理想物点，对一般光学系统，通常选择理想物点位于光轴上的无穷远处，即采用平行光入射被测光学系统的方法，这时所要考察的像方焦点的分布即为点扩散函数PSF。根据光学系统的傅里叶变换特性，点扩散函数PSF可直接由波差计算得到
                 （1）
式中，为点振幅分布函数，C为常数，为光学系统的口径，为光学系统的焦距，取单位圆中的规化坐标。则点扩散函数为
                                        （2）
一般使PSF规一化，即
                                              （3）
调制传递函数（MTF）反映了光学系统对不同分辨率的物点在其相应的像点中对比度的下降情况。可通过对点扩散函数进行傅里叶反变换求得。
                           （4）
式中，为光学传递函数。规一化后的调制传递函数为
                                                 （5）
调制传递函数也用自相关方法从波差求得
                 （6）
式中，表示两错开光瞳的重叠区，表示出瞳孔径范围。
本实验采用与实验四相同的实验方案，在获得波差的条件下，进一步由程序按上述方法自动计算PSF与MTF。
 
三、 实验光路
同“位移的激光干涉”实验（加PZT）
 
四、 实验步骤
1. 调整扩束系统的物镜和透镜，使激光平行入射到分光棱镜14；并调整分光棱镜14的位置，使参考光束严格偏转90度。
2. 调整参考镜的倾斜量，使参考光束进入到CMOS的靶面内。
3. 将被测光学系统（10倍物镜）放入到测量臂中，调整光学系统和标准平面镜之间的位置，使10倍物镜的焦点落在平面镜表面。在实验中可用一张开一个小孔的绘图纸，将该绘图纸放在光学系统的焦平面上，并使小孔与焦点重合。然后寻找焦点经平面镜反射后所形成的光点，调整平面镜的倾斜和轴向距离，使反射光点落入到小孔内。
4. 微调平面镜的倾斜量，使被测光束进入CMOS的靶面内并于参考光束重合，形成干涉条纹。
5. 运行干涉图的干涉处理软件，进入【实时采样】对话框，按【采样】按钮可使计算机自动驱动压电晶体（PZT）进行条纹扫描和图象采集工作，并完成波差计算。通过波面显示（三维立体显示、等高图）观察波面形状及数据。
6. 在菜单中选择【工件信息】，正确填入被测光学系统的口径、焦距或相对口径；然后从菜单项中选择【点扩散函数（PSF）】，程序自动求得点扩散函数PSF。
7. 从菜单项中选择【调制传递函数（MTF）】，程序自动求得子午和弧氏方向上的传递函数分布图。
 
五、 实验表格
 
被测透镜摘要：                                           
 

序号	R(mm)	子午方向（X）	弧矢方向（Y）
1
2
3
4
5

 
 
六、 思考题
1． 波差与PSF或MTF的关系，是什么？
2． 波差大小在PSF及MTF图上应如何显示？
3． MTF上二条曲线各代表什么意义？
 
 
附：PSF和MTF实验结果图