GB/T 11168-2009 光学系统像质测试方法 GB/T11168-2009 标准下载解压密码：www.bzxz.net

ICS37.020
中华人民共和国国家标准
GB/T11168—2009
代替GB/T11168-1989
光学系统像质测试方法，
Image quality of optical systems-Method of determination
2009-09-30发布
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会　
2009-12-01实施
本标准代替GB/T11168-1989《光学系统像质测试方法》。本标准与GB/T11168—1989的主要差异为：—规范了GB/T11168一1989第2章中的引用标准；GB/T 111682009
一将GB/T11168一1989第3章、第4章、第5章和第6章归人同一章，标题改为“像质测试方法”。
本标准的附录A为规范性附录。
本标准由中国机械工业联合会提出。本标准由全国光学和光子学标准化技术委员会（SAC/TC103)归口。本标准负责起草单位：上海理工大学。本标准参加起草单位：南京江南永新光学有限公司、宁波永新光学股份有限公司、苏州一光仪器有限公司。
本标准主要起草人：冯琼辉、章慧贤。本标准所代替标准的历次版本发布情况为：GB/T11168—1989。
1范围
光学系统像质测试方法
GB/T 11168—2009
本标准规定了用于评价光学系统像质的星点、分辨力、几何像差和波像差的测试方法，本标准适用于可见光谱区内应用的无限远成像光学系统、远焦光学系统和有限距成像光学系统。对其他临近光谱区内应用的光学系统可参照使用。2规范性引用文件bzxz.net
下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。JB/T6263—1992照相镜头照相分辨率测试标板JB/T7473-1994照相镜头分辨率测试图JB/T9328—1999
分辨力板
3像质测试方法
3.1星点
3.1.1原理
根据星点（点光源）经被测系统成像后，在像面和像面前后不同截面所成衍射像的光强分布（即星点像的光强分布)来判断成像质量。理想光学系统在像面上所成星点像的光强分布I是光瞳面上复振幅分布函数（简称瞳函数）的付氏变换模的平方。在圆形光瞳的情况下，光强分布函数即爱里斑（Airy)分布见式（1)和式（2）：F2J.(V)72
=()=()+
式中：
Io——被测系统所成星点衍射像的中央处光强；Ji——1阶贝塞尔函数；
V复振幅分布函数；
f——被测系统焦距；
a——被测系统光瞳半径；
r—一距被测系统几何像点的径向距离：工，y——几何像点的坐标。
..（1)
......(2)
星点在像面内衍射图形见图1，根据衍射理论可计算理想像面附近子午面上光强分布。通过光轴截面上衍射光强分布图（见图2），在像面前后对称截面上应具有相同的衍射图案。对于有像差的光学系统，其星点像的光强分布与爱里斑有差异。根据其星点衍射图形以及像面附近不同截面上衍射图形的变化，可以判断像质的好坏。1
GB/T111682009
3.1.2测量猴罩
焦平面
焦平面！
包括星点系统、被测系统夹持器和观察系统三部分。3.1.2.1无限远成像光学系统
测量装置见图3，聚光镜将光源发射的光束焦于星点孔，点孔位于准直物镜的焦点上，由准直物镜射出的光束应均匀充满被测系统的蒸个孔径，星点孔在被测系统焦面上成像，经观察显微镜放大后由人眼观察。
—光源，
2—聚光：
光阐（星点孔）；
一推直物镜；
5----被测光学系统；
6-—观察显微镜。
3.1.2.1.1星点孔
星点孔应该足够小，其几何像的直径应小于爱里斑半径。2
3.1.2.1.2准直物镜
GB/T11168--2009
准直物镜通常是复消色差物镜，轴上波差应小于入/8。通光孔径应大于被测系统人瞳直径的20%以上，焦距应大于被测系统焦距的2倍，如被测系统焦距很大，无法配置合适的准直物镜，则可将星点孔放在至少距离被测系统10倍焦距处。3.1.2.1.3观察显微镜
显微镜的数值孔径要大于被测系统像方孔径，其像质不影响测试结果，选择适当的显微镜倍数，保证人眼能分辨爱里斑。
3.1.2.2远焦光学系统
用观察望远镜代替观察显微镜，其他同3.1.2.1。3.1.2.3有限距成像系统
检测条件应与被测系统的使用条件一致，星点和观察显微镜要求与3.1.2.1.1和3.1.2.1.3一样。3.1.3判别方法
3.1.3.1判别被测系统存在的应力、材料缺陷和偏心当被测系统存在应力、材料缺陷和偏心时，视场中心的星点衍射图形如图4所示。a）玻璃内部存在结石、条纹
b）被测系统存在应力
c）被测系统存在偏心和零件定中不准图4
3.1.3.2判别被测系统的色差
被测系统存在色差时其星点衍射像呈彩色，根据色彩判别色差校正情况。3.1.3.3判别被测系统球差
当被测系统存在球差时，虽然星点衍射像仍有中央亮斑及一系列同心环，但光强分布与理想爱里斑不同。球差越大，光能分散到各衍射环也越多，像面前、后对称截面上的衍射图形也不同，见图5。3.2分辨力
3.2.1原理
光学系统的分辨力是指分辨物体细节的能力。理想光学系统对一个发光物点所成的像是一个爱里斑，对两个相邻发光物点所成的像是两个爱里斑的叠加，见图6。
根据\瑞利准则”两个相邻像点刚能分辨时，其对比度c应不低于15%，实际上c在2.6%左右人眼也能分辨。在通常测量中用黑白线条相间、宽度相等的矩形（或扇形)图案作为测量目标。各类系统理论分辨力见附录A。
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3.2.2测试装望
a）系统球差校正过度
b）系统球差校正不足
c）系统存在带球差
登加曲线
包括分辨力板系统、被测系统夹持器和观察显微镜系统三部分。除以分辨力板代替星点板之外，其他与星点法相同，分辨力板应符合JB/T6263--1992、JB/T7473—1994、JB/T9328—-1999的规定。3.2.3测量缩果表示
3.2.3.1轴上分辨力
如图7a），分辨力板图案中基一单元在视场中心成像刚能分辨时，像面上每毫米长度内的线对数为No，见式（3）：
EREEaRnOE
........(3)
式中：
M——线对数；
Y—对应长度，单位为毫米(mm）。远焦光学系统的分辨力以分辨角α表示，见式（4)：2a
×206265(\）
式中：
n单元线条中心距；
f。推直物镜焦距。
a)）轴上
平行光管；
2——被测物镜；
3-像平面；
4—图案线的水平线祭；
5-图案线的竖线条。
3.2.3.2轴外分辨力
b）轴外
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（4）
如图7b），轴外测量时，被测系统光轴对测量装置的光轴转过半视场角，在子午方向分辨线对数N.由式(5)求得：
Y/cos\w
在弧失方向分辨线对数N。由式（6)求得：=Nocos?w
N。= y/cosw
式中：
-半视场角。
3.3几何像差
3.3.1原理
Nocosa
（5）
（6）
这里指测量被检光学系统对不同色光、不同视场、不同入射高度的细光束在光轴上交点位置来评价成像质量，较常用的方法为哈特曼法。3.3.2测量装置
测量装置示意图见图8。在准直物镜和被测物镜之间放置一个米字形光阔，其小孔对准直物镜光轴呈对称分布，由推直物镜射出的平行光束通过米字形光阐后被分割成许多不同高度的细光束对。GB/T11168-—2009
1—光源；
2-聚光镜；
3—小孔光阑；
4—准直物镜；
5-—米字形光阑；
6-被测物镜。
3.3.2.1米字形光阑
根据被测物镜的焦距和相对孔径，选择合适的米字形光阑，光阑孔要等距分布，其直径一般为被测物镜焦距的1/100～1/400。
3.3.2.2焦前和焦后截面位置的选择为了使米字形光斑小而清晰，焦前和焦后截面的距离分别为被测物镜焦距的1/7和1/5。3.3.2.3准直物镜
同3.1.2.1.2。
3.3.3测量程序
通过被测物镜不同高度h，的细光束聚焦在不同的焦点F，，其位置通过测量焦点前、后两个截面E和E2上的米字形光斑中心距和两截面间距后按式(7)计算得到。3.3.3.1轴上纵向球差测量
由准直物镜射出的平行光，经过米字形光阑上一对相对中心距离为h的小孔后，在焦前和焦后截面E,和E2上测得其中心距分别为bm和bn2，按式（7)可求出这对光线的空间交点F，的位置坐标S.（以前截面E为参考面）：
Sn = bm +bna
式中：
d—焦前和焦后两截面之间的距离。·（7）
近轴光线交点位置坐标S。，由测量一组高度为2h.光线对交点的位置坐标Sal以及以ha为纵坐标，S.为横坐标，连成曲线，将此曲线外推得到球差S.一S。。3.3.3.2纵向色差测量
选用与被测物镜消色差谱线一致的单色光源，在同一参考面下分别测量不同谱线的球差。3.3.3.3轴外像差测量
被测物镜的入瞳中心调整在光具座垂直转轴上，并相对准直物镜光轴转一角度。测量方法和球差测量方法相似，可测量轴外像散、场曲和彗差。3.4波像差
光学系统的波像差是指通过光学系统后的实际波面相对于理想波面的偏差，最常用的测量方法是干涉法。
3.4.1干涉法原理
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被测系统的实际波面与参考波面（理想波面)之间相互干涉，形成干涉图。从于涉图求出实际波面的形状和波像差的大小。
3.4.1.1由参考镜产生参考波面
以参考镜反射所形成的波面作为参考波面，如泰曼-格林干涉仪，斐索干涉仪等。3.4.1.2由小孔衍射产生参考波面以像面上小孔衍射所形成的波面作为参考波面，如点衍射干涉仪。3.4.1.3自身波面作为参考波面
由被测波面本身不同部分作为参考波面，如波面剪切干涉法。常用波面剪切方式有横向、径向、旋转和翻转等方法，见图9。
a）横向剪切
c）旋转剪切
3.4.2干涉法测量装置
b）径向剪切
d）留转剪切
包括照明系统、干涉系统和目视（摄、摄像或图像实时处理)系统三个部分。3.4.2.1照明系统
3.4.2.1.1光源
光源的光谱特性应符合被测系统的使用要求。光源为单色光，其谱线宽度△入应不影响干涉条纹的对比度。
3.4.2.1.2小孔光阐
光阅尺寸应保证于涉条纹既有足够的亮度又有较好的对比度。3.4.2.1.3准直物镜
要求轴上波差小于入/8。
3.4.2.2平涉系统
本身产生的波差应小于入/20。在扫描干涉系统中，由于采用波面相减技术，可以校正仪器的系统误差，对元件要求可降低。
3.4.2.3目视（摄影、摄像或图像实时处理）系统要求畸变小，不影响判读干涉图形。3.4.3干涉图的处理
被测波面和参考波面之间的偏差，用被测系统光面内最大峰-谷值(p-V)表示。7
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