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信息光学第三章第1页，共28页，编辑于2022年，星期四Chap.3 光学成像系统的频率特性一、透镜的位相变换作用二、透镜的傅立叶变换性质 1 物在透镜前；2物在透镜后方；3 透镜的孔径效应三、透镜的一般变换特性四、相干照明衍射受限系统的成像分析 1 透镜的点扩散函数（脉冲相应）2 衍射受限系统的点扩散函数 3相干照明衍射受限系统的成像规律五、衍射受限系统的相干传递函数（CTF）六、衍射受限系统的非相干传递函数（OTF）七、有像差系统的传递函数八、相干与非相干成像系统的比较第2页，共28页，编辑于2022年，星期四透镜的傅立叶变换性质物在透镜前(2)(1)(4)(3)(5)第3页，共28页，编辑于2022年，星期四透镜的傅立叶变换性质物在透镜前特例：（1）输入面位于前焦面（2）输入面紧贴透镜第4页，共28页，编辑于2022年，星期四透镜的傅立叶变换性质物在透镜后 特例：物紧贴透镜第5页，共28页，编辑于2022年，星期四总之，只要观察面是照明光源的共轭面，则物面（输入面）和观察面（输出面）之间的关系都是傅里叶变换关系。第6页，共28页，编辑于2022年，星期四透镜的一般变换性质其中：（1）当 ，即后焦面为观察平面 （2）当 ，即物放前焦面，在后焦面观察 第7页，共28页，编辑于2022年，星期四透镜的一般变换性质（3）当 ，即输入面与输出面是共轭面时，其中 ，是放大倍数 第8页，共28页，编辑于2022年，星期四3.4 相干照明衍射受限系统的成像分析透镜的点扩散函数（脉冲响应）第9页，共28页，编辑于2022年，星期四(3.31)、(3-4-1)(3.32)、(3-4-2)(3.33)、(3-4-3)第10页，共28页，编辑于2022年，星期四(3.34)(3.35)(3.36)(3.37)(3.38)(3-4-4)-(3-4-8)第11页，共28页，编辑于2022年，星期四一、透镜的点扩散函数（脉冲响应）(3.37)(3-4-7)(3.38)(3-4-8)3.4 相干照明衍射受限系统的成像分析其中：其中：第12页，共28页，编辑于2022年，星期四二、衍射受限系统的点扩散函数（脉冲响应）(3-4-9)变量变换：变量变换：(3-4-11)若光瞳足够大：若光瞳足够大：(3-4-10)则：则：第13页，共28页，编辑于2022年，星期四(3.42)(3.43)三、相干照明下衍射受限系统的成像规律理想成像条件下：理想成像条件下：将将(3.43)代入代入(3.42)：第14页，共28页，编辑于2022年，星期四(3.45)(3.46)(3.44)令：令：则：则：即：即：像强度分布：像强度分布：第15页，共28页，编辑于2022年，星期四(3.48)(3.40)由于由于 是空间不变的，有：是空间不变的，有：第16页，共28页，编辑于2022年，星期四(Coherence Transfer Function)3.5 衍射受限系统的相干传递函数（CTF）由(3.45)Hc为相干传递函数第17页，共28页，编辑于2022年，星期四小结：相干照明衍射受限系统传递函数脉冲响应第18页，共28页，编辑于2022年，星期四)uIII)u第19页，共28页，编辑于2022年，星期四一、非相干成像系统的光学传递函数（Optical transfer function (OTF)）(3.57)其中：其中：k 常数 Ig 几何光学理想像的强度分布 Ii 像的强度分布 hI 强度脉冲响应（非相干脉冲响应、强度点扩散函数）3.6 衍射受限系统的非相干传递函数第20页，共28页，编辑于2022年，星期四(3.59)(3.60)(3.61)3.6 衍射受限系统的非相干传递函数 H HA A A A 第21页，共28页，编辑于2022年，星期四(3.69)二、OTF与CTF的关系3.6 衍射受限系统的非相干传递函数(3-6-13)H H第22页，共28页，编辑于2022年，星期四(3.70)三、衍射受限系统的OTF3.6 衍射受限系统的非相干传递函数第23页，共28页，编辑于2022年，星期四小结：衍射受限系统的成像性质相干照明传递函数脉冲响应非相干照明传递函数脉冲响应第24页，共28页，编辑于2022年，星期四例1、衍射受限成像系统的光瞳为边长 l 的正方形，求：（1）相干传递函数 ；（2）相干照明条件下的截止频率 ；（3）光学传递函数 H ；（4）非相干照明条件下的截止频率 。例题第25页，共28页，编辑于2022年，星期四例2、衍射受限成像系统的光瞳为直径D的圆形，求：（1）光瞳函数 ；（2）相干传递函数 ；（3）相干照明条件下的截止频率 ；（4）光学传递函数 H ；（5）非相干照明条件下的截止频率 。例题第26页，共28页，编辑于2022年，星期四一、截止频率一、截止频率3.8 相干与非相干成像系统的比较或写成：例：例：物体的复振幅透过率为将此物通过一横向放大率为1的光学系统。系统的出瞳是半径为a的圆形孔径，并且 ，若对该物体成像，问采用相干和非相干照明，哪一种照明方式好？如果物体的复振幅透过率换为 结果如何？第27页，共28页，编辑于2022年，星期四二、像强度的频谱二、像强度的频谱三、两点的分辨率三、两点的分辨率非相干照明：使用瑞利判据相干照明：复振幅相加，还要考虑位相，结果差别会很大。第28页，共28页，编辑于2022年，星期四