Презентация на тему Определение разрешающей способности оптических систем. Контроль качества изображения точки

Лекция 15

Оптические измерения

Темы лекции

Определение разрешающей способности оптических систем. Контроль качества изображения точки.

Зачем нужно контролировать разрешающую способность?

Чтобы зрительная труба (в составе буссоли, прицела, нивелира, теодолита) могла выполнять своё назначение – рассматривать удалённые предметы.
Чтобы микроскоп (в составе измерительного микроскопа) мог служить средством измерений.
Чтобы фотообъектив мог использовать разрешающую способность плёнки, видикона или ПЗС-матрицы.

Зачем нужно контролировать качество изображения точки?

Это один из способов определения оптической передаточной функции, по ней можно определить разрешающую способность и аберрации системы

Что влияет на разрешающую способность?

Дифракция – апертура (120/D), для микроскопов числовая апертура
Сферическая, хроматическая аберрации, кома – размывают изображение
Рассеяние в материале линз
Неточность изготовления и сборки (децентрировка, смещение)

Мира – тест-объект для измерения разрешающей способности

В качестве тест-объекта для микроскопа служат микрофотографии полосок
Либо естественные объекты с четко выраженной периодической структурой (диатомовые водоросли и пр.)

Схема измерений

Для зрительной трубы

См. методичку по л/р
Дополнительная зрительная труба нужна для повышения точности. Разрешающая способность измеряемой зрительной трубы лучше, чем у глаза. Так и должно быть (размер входного зрачка больше).

Схема измерений для микроскопа

Наблюдение в микроскоп тест-объекта

Автоколлимационный способ измерения

Рассматривают отражение миры в зеркале.
Т.е. объектив сам уменьшает для себя изображение миры

Схема измерений для фотообъектива

Устанавливается в фотоаппарат, в котором он будет работать
Мира устанавливается в коллиматор
В фотоаппарат заряжается самая мелкозернистая фотоплёнка
Делается снимок
С помощью лупы или микроскопа находится минимально разрешимый участок

Для телевизионного объектива

Используется видикон или ПЗС-матрица, с которой объектив будет работать
Испытывается аналогично фотообъективу
Разрешающая способность оценивается сравнением яркости двух соседних пикселей (попадающих на черное и на белое поле)

Если же требуется оценить не систему «объектив-фотоприемник», а сам объектив – из объектива и дополнительной линзы составляется телескопическая система Кеплера или Галилея (с увеличением 1х-3х) и проверяется как зрительная труба

Оценка функции рассеяния

Система рассматривается как фильтр нижних частот
На вход подаётся «эталонное» изображение с заранее известным распределением пространственных частот
В изображении, полученном с помощью системы, анализируется состав пространственных частот

Что такое пространственная частота

F=0

Fx=0
Fy=1

Fx=1
Fy=1

Fx=20
Fy=0

Пространственный спектр идеального точечного источника – бесконечный (дельта-функция)
Реальный – спадает с повышением частоты
После прохождения через оптическую систему – спадает сильнее.

Тест-объекты

Точечная диафрагма
Щель
Полуплоскость
Набор решёток

Схема измерения

Микроскоп и фотоприемник могут перемещаться. Вместо подвижного фотоприемника может быть ПЗС-матрица

Обработка изображений

Вместо идеальной точки – пятно с дифракционной структурой (кольца)
По размеру кружка рассеяния определяем разрешающую способность
По составу колец, их форме – аберрации
См. методичку
Форма д.б. симметричной!