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光学传递函数
来源:www.wantegd.com发表时间:2018-01-17

此方法是基于把物体看作是由各种频率的谱组成的,也就是将物的亮度分布函数展开为傅里叶级数或傅里叶积分。把光学系统看作是线性不变系统,这样,物体经光学系统成象,可视为不同频率的一系列正弦分布线性系统的传递。传递的特点是频率不变,但对比度下有所下降,相位发生推移,并截止于某一频率。对比度的降低和位相的推移随频率而异,它们之间的函数关系称为光学传递函数。由于光学传递函数与象差有关,故可用来评价光学系统成象质量。它具有客观、可靠的优点,并且便于计算和测量,它不仅能用于光学设计结果的评价,还能控制光学系统设计的过程、镜头检验、光学总体设计等各方面。
各类镜头的设计差别
一、照相镜头
照相镜头的光学特性可由三个参数来表示,即照相镜头的焦距f'、相对孔径D/f'和视场角2ω'。其实就135照相机而言,其标准画幅已确定为24mmX36mm,则其对角线长度为2D=43.266。从下表我们可以得出照相机镜头的焦距f'和视场角ω'之间存在着以下关系:tgω'=D/f'式中:2D——画幅的对角线长度;f'——镜头的焦距。
照相机镜头的另一个最重要的光学特征指标是相对孔径。它表示镜头通过光线的能力,用D/f'表示。它定义为镜头的光孔直径(也称入瞳直径)D与镜头焦距f'之比相对孔径的倒数称为镜头的光圈系数或光圈数,又称F数,即F=f'/D。当焦距f'固定时,F数与入瞳直径D成反比。由于通光面积与D的平方成正比,通光面积越大则镜头所能通过的光通量越大。因此当光圈数在最小数时,光孔最大,光通量也最大。随着光圈数的加大,光孔变小,光通量也随之减少。如果不考虑各种镜头透过率差异的影响,不管是多长焦距的镜头,也不管镜头的光孔直径有多大,只要光圈数值相同,它们的光通量都是一样的。对照相机镜头而言,F数是个特别重要的参数,F数越小,镜头的适用范围越广。与目视光学系统相比,照相物镜同时具有大相对孔径和大视场,因此,为了使整个象面都能看到清晰的并与物平面相似的象,差不多要校正所有七种象差。照相物镜的分辨率是相对孔径和象差残余量的综合反映。在相对孔径确定后,制定一个既满足使用要求,又易于实现的象差最佳校正方案。为方便起见,往往采用“弥散圆半径”来衡量象差的大小,最终则以光学传递函数对成象质量作出评价。

近年来兴起的数位相机镜头同上述的传统相机镜头的特性和设计评价上大同不异,其主要差别有:
1.相对孔径较传统相机大。

2.较短的焦距,使得景深范围增大。可根据视场角的大小算出相当传统相机镜头的焦距值F’=43.266/(2*tgω)。
3.较高的分辨率,根据光电器件的PIXEL的大小,一般数位镜头光学设计要达到1/(2*PIXEL)线对。
二、投影镜头
投影物镜是将被照明的物成一明亮清晰的实像在屏幕上,一般讲,像距比焦距大的多,所以物平面在投影物镜物方焦平面外侧附近。投影物镜的放大率是测量精度、孔径大小、观测范围和结构尺寸的的重要参数。放大率愈大,测量精度愈高,物镜孔径愈大。当工作距离一定时,放大率愈大,共轭距愈大,投影系统结构尺寸越大。由于其是起放大作用,自光学知识可知,像面中心照度与相对孔径平方成正比,可用增大相对孔径的方法来增加象面照度。

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