光学传递函数测量仪--评价成像质量

2026-01-16 09:59

在光学制造与检测领域,如何科学、精确地评价一个镜头的成像质量始终是核心问题。光学传递函数测量仪的出现,则为我们提供了一把客观量化光学系统性能的“尺子”。它可以高精度测量MTF,有效地评价光学系统成像质量,并广泛应用于光学系统设计过程。

什么是光学传递函数

光学传递函数是以空间频率为变量,表征光学成像系统调制度和横向相移相对变化的函数,由调制传递函数(MTF)和相位传递函数构成,其中MTF表示调制度衰减,相位传递函数表征条纹位置偏移。(空间频率是描述图像亮度在空间维度上变化快慢的物理量,表示每毫米内亮度明暗交替的周期数)

     光学系统通常情况下可仅考虑各频率经光学系统传递后对比度的降低情况,则为调制传递函数(Modulation Transfer Function,MTF)。MTF是当前评价光学系统成像质量最客观,最有效的方法之一,可以真实地反映一个光学成像系统的空间频率响应特性。

MTF测量原理

当透镜与光学系统同时研究时,由于像差和衍射效应的原因,导致测量图像有些失真,当然详细的调配和校正光学元件的误差,会避免图像失真现象的发生。

     在图像上,原来物体被强光照射的部分和很暗或存有阴影的部分,将不会如原物那样呈现特亮与特暗的明显亮度区别。样品差异或调制依据下式来定义:

其中:I(max):表示重复结构显示的最大光强;I(min):表示在同一物体上发现的最小光强。

对于较低的空间频率,调制传递函数接近“1”(或100%)。通常MTF曲线随空间频率的增加而下滑,空间频率越高对应的对比度值越低,如上图1(Figure 1)所示。随着空间频率的增加,MTF曲线逐渐下滑直到达到零点,此零点被称为待测光学系统的分辨率极限或截止频率(如下图Figure 2所示)。当对比度值为零时,图像变得有少许均衡的灰色,同时也不再随空间频率的增加而变化。

     简单来说,MTF可描述系统对不同空间频率的信号传递能力。高频传递能力直接决定分辨率。一个系统在高频区域的MTF值越高,意味着它成像越清晰、细节越丰富。反之,若高频衰减严重,图像就会显得模糊,丢失细节。光学系统存在一个截止频率,超过此频率的细节无法分辨)。

设备工作原理

  如上光路图,由靶标发生器发出一束光作为物体(即光源照射到滤光片及一定线宽大小的分划板(十字刻丝)),经过反射镜反射到离轴抛面镜后形成平行光。 平行光经过被测样品会聚到样品的焦平面, 然后由中继镜头检测样品焦平面,成像到CCD上。通过软件对十字象进行数据处理分析。

设备功能

主要用来测试:

轴上光学传递函数MTF       有效焦距EFL

轴外光学传递函数MTF       相位传递函数PTF

离焦光学传递函数MTF       主光束角度

线扩散函数LSF                 点扩散函数PSF

相对照度                          视场角

畸变                                像散

色差                                焦深

场曲                                F数

相对透过率

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