光學系統常用光學參數的測量

一．焦距的測量 1.放大倍率法測焦距

被測光學系統放置在已知焦距為f0的平行光管的物鏡前，平行光管物鏡焦平面上放置玻羅板（一組已知刻線間隔的精密分劃板）；在被測光學系統焦面上用顯微鏡瞄準玻羅板的像，設玻羅板某一對線寬為d，在被測光學系統的焦面上所成像的線寬為d`，則被測系統的焦距f為

平行光管的焦距f0為被測光學系統的焦距f的3～5倍。 2.精密測角法測焦距

分劃板放置在被測平行光管的焦面上，經經緯儀放置在被檢光學系統的前面，用經緯儀測量某一線對（線對寬度為L）對應的夾角為ω，則被測光學系統的焦距f為

二．視場的測量 1.運用精密測角裝置測量視場

將測量顯微鏡放置在被測光學系統的像方并與被測光學系統一并安放在轉臺上。被測光學系統的物方安放帶目標點的平行光管。將轉臺轉到一邊緣能看到目標像，記下轉臺的角度值ω1，再轉到另一邊緣能看到目標像，記下轉臺的角度值ω2，則被測光學系統的視場為

2.運用大視場平行光管測量視場

大視場平行光管主要用于角度測量，在大視場平行光管的焦面處放置一刻有角度值的分劃板。檢測視場時，將被測光學系統瞄準大視場平行光管，能看清分劃板上標有的視場角度值，就是被測光學系統的視場。 三．像質的測量 1.分辨率的檢測

照相系統空間分辨率用平行光管加分辨率板進行測量。在平行光管的焦面上放置對應板號的柵格分辨率板，在平行光管的物方放置被測光學系統，在被測光學系統的像方用測量顯微鏡觀察，能將分辨率板最小柵格四個方向上的條紋看清楚，記下分辨率板板號和單元號，再查表找到相應的條紋線寬b和空間頻率N0。

被測光學系統的空間分辨率N可表示為

上式中，f0為平行光管的焦距，f為被測光學系統的焦距。 被測光學系統的角分辨率α為

分辨率檢測還用到了其他很多種分辨率板，也可以定制分辨率板。 2.畸變檢測

對于無限遠視場角為ω的目標經被測光學系統后成像在焦面F處，對應的像高為y`，若近軸焦距為f，相應的理論像高y為

則絕對畸變δd為

視場角ω定義了光學系統的實際焦距f`，則有

畸變δd為

上式表明，畸變定義為各視場角下實際像高與理論像高的差值，同時也可定義為各視場角下實際焦距與近軸理論算出的焦距的差值。 畸變的檢測方法有兩種： 一種是按被測光學系統工作光路的逆向光路檢測畸變；

另一種是按被測光學系統工作光路方向檢測畸變。

這兩種檢測方法只是檢測光路相反，在畸變計算上是一樣的。

3.星點檢測法

由于任意物的分布都可以看成無數個具有不同強度的、獨立發光點的集合；任意物的像就是這無數個星點像的集合。因此，星點像的光強分布函數就決定了該系統的成像質量。 另外，星點像的光強分布比較易于描述，所以星點檢測法是檢測成像光學系統質量時最基本、最簡單的一種方法。

光源通過聚光鏡照亮位于平行光管焦面的星點板小孔，從平行光管出射的平行光經待測物鏡，在其焦面上成像，然后用目鏡（測量顯微鏡）對所成的像進行觀察。 根據星點衍射圖的特征準確可靠地判斷光學系統的像質及影響像質的主要因素。 星點檢測法對檢測人員要求比較高，除了要求檢測人員掌握星點檢測的基本原理外，還必須了解單獨具有某種像差或缺陷的星點衍射鏡的特征。 星點檢測法可以檢測光學系統的共軸性、球差、位置色差、彗差、像散及其客觀存在的工藝。 隨著CCD和計算機技術的發展，光學圖像數字化已成為現實，可以用計算機采集星點圖像，而且可以同時再現焦前、焦面和焦后的星點圖像，判斷像差的性質與大小。

4.干涉儀法

光學系統的波像差是指通過被檢光學系統后的實際波面相對于理想波面的偏差，最常用的測量方法為干涉法。 干涉法的原理為被測光學系統的實際波面與參考波面（理想波面）之間相互干涉，從干涉圖中求出實際波面的形狀和理想波面的偏差。 參考波面（理想波面）可有參考鏡產生，如泰曼-格林干涉儀、菲佐干涉儀； 參考波面由像面上小孔衍射形成，如點衍射干涉儀； 參考波面由被測光學系統本身不同部分產生，如波面剪切干涉儀。

5.哈特曼法測量

幾何像差是指測量被檢光學系統對不同色光、不同視場、不同入射高度的細光束在光軸上交點位置來評價成像質量，較常用的方法為哈特曼法。

哈特曼法是檢測遠攝光學系統幾何像差的常用方法，其特點是借助一米字形排列的小孔光闌，在被檢光學系統的物方形成采樣光束，在被檢光學系統的焦面用哈特曼采集器采集焦前、焦后兩截面的光斑間距確定成像系統的像差。 哈特曼法可檢測光學系統的球差、位置色差、彗差、場曲和像散。 四．光學傳遞函數的測量 光學傳遞函數是指以空間頻率為變量，表征成像過程中調制度和橫向位移的相對變化的函數。 光學傳遞函數是光學系統對空間頻譜的濾波變換。 一個非相干照明的光學成像系統，像的強度也是線性的，滿足疊加原理。 觀察到的各類物體，通過光學儀器（如照相機、顯微鏡、望遠鏡）和光學系統看到、探測到的圖像和目標，通過CCD、CMOS等獲得的圖形、圖像，具有顏色和亮度兩個重要的參數。 一幅單色光圖像總是由緩慢變化的背景，粗大的物體和急劇變化的邊緣、局部細節構成。 傅里葉光學中用空間頻率v來描述光強變化的快慢程度，把圖像中緩慢變化的成分看作圖像的“低頻”，而把急劇變化的成分看作圖像的“高頻”，單位是mm-1，即每毫米中光強變化的周期數。 空間頻率等于0表明圖像中沒有光強變化（如一張白紙）。 一幅圖像中既有零頻分量，又有非零頻分量，后者包含了各種空間頻率的分量。 零頻分量代表平均光強，稱圖像的直流分量；非零頻分量又稱圖像的交流分量。 光學成像系統對于各種空間頻率成分的傳遞性能反映了該系統的成像質量，可借助于系統對于不同空間頻率余弦光柵的傳遞特性來表征。

測量時，先將被測光學系統放置在調整裝置上，調整被測光學系統使光軸與平行光管的光軸重合，旋轉裝置的轉軸與被測光學系統和入瞳中心（主點）重合，平行光管發出的光經被測光學系統后成像在數據采集單元上。 計算時，需要知道被測系統的焦距，然后根據平行光管和被測系統的倍率關系，求取狹縫在被測系統焦面的大小，此時需保證狹縫像的截止頻率高于被測系統的截止頻率。對數據采集分析組件的圖像進行一次傅里葉變換，然后每個空間頻率的幅值相對于零頻歸一化；再根據數據采集分析組件的放大倍率及CCD大小對橫坐標進行賦值；最后狹縫的影響通過對MTF進行修正實現，最終修正值即為系統某一視場角位置一系列不同空間頻率的MTF。 轉動被測光學系統及數據采集單元，按上述方法測量另一視場角位置不同空間頻率的MTF。

審核編輯 ：李倩