10§5-2频谱分析(2).ppt

1、1,第五章 光学成像系统的频谱分析 Spetrum Analysis of Optical Imaging Systems,序言 第5.1节 成像系统的一般分析 第5.2节 相干照明下衍射受限系统的成像特性与 相干传递函数 第5.3节 非相干照明下衍射受限系统的成像特性与 光学传递函数 第5.4节 有像差系统的传递函数 （非重点，自学） 第5.5节 相干成像和非相干成像的比较,2,第五章 光学成像系统的频谱分析,第5.2节 相干照明下衍射受限系统的成像特性 相干传递函数,本节目的：确定在相干照明下，某一给定的物复振幅分布通过衍射受限 系统后，在像平面上形成的像复振幅分布和光强分布。,照明光源的

2、相干性问题,相干照明,非相干照明,A, B两点光振动位相变化 步调一致 称为两点相干 则以A, B为中心的两个光分布也相干 相遇时 振幅叠加,A, B两点光振动位相变化 步调不一致 称为两点不相干 则以A, B为中心的两个光分布也不相干 相遇时 强度叠加,3,第五章 第5.2节 相干照明情况,成像规律 脉冲响应频率响应 相干传递函数,本节重点,讨论 完全相干照明情况下,衍射受限系统的,空域,频域,4,一、相干照明系统的脉冲响应(1),第五章 第5.2节 相干照明情况,各点间的位相差不随时间变化,1、物点的光振动随时间的变化规律相同,脉冲响应不随时间变化，不是时间的函数数值上与单色光照明情况相同

3、,结论,5,一、相干照明系统的脉冲响应(2),第五章 第5.2节 相干照明情况,2、像场的光振动是众多 “像斑” 的相干叠加,夫朗和费衍射图样,像场光振动,脉冲响应,理想几何像,3、像的强度：,（5-19）*,（5-17）*,结论,相干照明系统中，像是脉冲响应与 理想几何像的卷积,6,二、相干传递函数 CTF Coherent Transfer Function,第五章 第5.2节 相干照明情况,从频域中讨论相干系统的成像特性,将（5-19）*式进行变换,（5-23）*,相干传递函数 CTF,定义：,像平面的 频谱响应,几何像的 频谱,7,第五章 第5.2节 相干照明情况,CTF与光瞳函数的关

4、系：,根据傅里叶变换的 对称性定理：,光瞳函数对称时,结论： 相干传递函数具有出射光瞳的函数形式， 但变量是空间频率,8,第五章 第5.2节 相干照明情况,相干成像系统的截止频率 fcut,光瞳函数的特点：,CTF也具有相同特点：,意义,光瞳的尺寸是有限的，物函数的空间频率分量不可能 全部通过光瞳而进入系统， 把 能够通过系统的最大频率 称为 截止频率 记为 fcut,9,入射光瞳,出射光瞳,相干截止频率 图示,物面,像面,第五章 第5.2节 相干照明情况,空间频率分量,入瞳截止频率,出瞳截止频率,？,像的放大率,相干光,10,三、 例 题,第五章 第5.2节 相干照明情况,例1、边长为 l

5、的方孔（出瞳），求相干传递函数 H 和 fcut,第一步：求光瞳函数表达式：,第二步：求 H:,第三步：求 fC：将 传递函数 H 变为标准型，可求得 截至频率,是 u,v 的边界,11,第五章 第5.2节 相干照明情况,求成像系统截止频率的问题 归结为求出射光瞳函数的 边界问题,解题技巧,12,第五章 第5.2节 相干照明情况 例 题,例 2、直径为 D的圆形孔（出瞳），求相干传递函数 H 和 fcut,第一步：,第二步：,第三步：,13,第五章 第5.2节 相干照明情况 例 题,像方 截至频率,例3、有一枚一维光栅，在相干系统中成像，系统的出瞳孔径为 D6cm，设 di = 2f = 20cm , 600.0nm，求光栅的截止频率。,？,14,第五章 第5.2节 相干照明情况 例 题,当光栅的空间频率超过 250条/mm时，不能在像面上得 到光栅的像。 空频为 250条/mm的光栅，一级衍射刚能进入系统。,物 理 意 义,物方 截至频率,由 di = 2f 可知,光栅的 截止频率,由,问题：此时光栅的像 有何特点 ？,15,第五章 第5.2节 相干照明情况 例 题,一个物体经相干成像系统能否成一个理想的像，要看 截至频率的范围，即“频宽”，物体上的细节含有丰富 的高频信息，在有限的截止频率情况下，高频信息被 阻挡得越多，像的分辨率就越低； “频宽”越宽，成像质量越高。