光学传递函数+第1部分术语、符号.pdf

i c s3 7 0 2 0 n3 0 国亘 中华人民共和国国家标准 g b t4 3 1 5 1 2 0 0 9 代替g b t4 3 1 5 1 1 9 8 4 光学传递函数 第1 部分：术语、符号 o p t i c a lt r a n s f e rf u n c t i o n - - p a r t1 ：t e r m i n o l o g ya n ds y m b o l 2 0 0 9 - 0 9 - 3 0 发布 ( i s o9 3 3 4 ：2 0 0 7 ，o p t i c a lt r a n s f e rf u n c t i o n - - d e f i n i t i o n sa n dm a t h e m a t i c a lr e l a t i o n s ，m o d ) 2 0 0 9 1 2 - 0 1 实施 丰瞀髁鬻瓣警糌瞥星发布中国国家标准化管理委员会仪1 ” g b t4 3 1 5 1 2 0 0 9 前言 i 范围- - 2 规范性引用文件- 3 基本术语和定义 4 测量中的术语和定义 5 符号和单位名称 目次 工 1 i i 7 1 0 刖罱 g b t4 3 1 5 1 2 0 0 9 g b t4 3 1 5 光学传递函数分为以下两部分： 第1 部分：术语、符号； 第2 部分：测量导则。 本部分修改采用i s o9 3 3 4 ：2 0 0 7 光学传递函数定义和数学关系。 本部分与i s o9 3 3 4 ：2 0 0 7 的主要技术差异为： 考虑我国的用语习惯，标准名称改为光学传递函数第1 部分：术语、符号； 第1 章中表1 移至第5 章； “本国际标准”一词改为“本部分”； 删除国际标准的前言。 本部分代替g b t4 3 1 5 1 1 9 8 4 光学传递函数术语、符号。 本部分与g b t4 3 1 5 1 1 9 8 4 的主要差异为： 表1 中增加了像点光辐射分布、单色点扩散函数、相位传递值、振幅点扩散函数、单色o t f 、复 色o t f 和相关光谱加权函数的符号和单位名称； 第1 章内容作适当修改和补充； 增加了规范性引用文件； 第3 章增加了一维光学传递函数注的内容； 第4 章增加了数据基准面和数据基准平面的术语，并将视场角的术语划分为物方视场角和像 方视场角分别进行定义； 用“矢量”代替g b t4 3 1 5 11 9 8 4 中的“指向”； 对图1 作了修改，增加了图2 和图3 。 本部分由中国机械工业联合会提出。 本部分由全国光学和光子学标准化技术委员会( s a c t c1 0 3 ) 归口。 本部分负责起草单位：上海理工大学、华东师范大学、凤凰光学集团有限公司。 本部分主要起草人：章慧贤、黄卫佳、王蔚生、徐景生。 本部分所代替标准的历次版本发布情况为： g b t4 3 1 5 11 9 8 4 。 光学传递函数 第1 部分：术语、符号 g b t4 3 1 5 1 2 0 0 9 1 范围 g b t4 3 1 5 的本部分根据成像系统的光学传递函数与点扩散函数之间的关系，规定了与光学传递 函数有关的术语以及它们之间的数学关系，也规定了在光学传递函数测量中需说明的各个重要参数。 本部分适用于所有光、电光和其他成像系统的光学传递函数测量。 2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过g b t4 3 1 5 的本部分的引用而成为本部分的条款。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部分，然而，鼓励根据本部分达成 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 部分。 g b t4 3 1 5 2 光学传递函数第2 部分：测量导则( g b t4 3 1 5 2 2 0 0 9 ，i s o9 3 3 5 ：1 9 9 5 ，o p t i c a lt r a n s f e rf u n c t i o n - - p r i n c i p l e sa n dp r o c e d u r e so fm e a s u r e m e n t ，i d t ) 3 基本术语和定义 3 1 线性l i n e a r i t y 通过一个成像系统对输入信号强度均衡响应的特性。 3 2 线性范围l i n e a rr a n g e 在一个成像系统显示线性之内的输入信号的范围。 注：如果当一个成像系统对输入信号强度的响应在测量准确度之内是线性时，这个成像系统被认为是在线性范围 内工作的。这一范围限定了输入信号总和的最小和最大强度。 3 3 非相干照明i n c o h e r e n ti l l u m i n a t i o n 由于两点源各自独立作用，一种从被照明物体上任意两点发出的辐射可进行强度相加的照明。 3 4 成像状态i m a g i n gs t a t e ；i - s t a t e 所有影响点扩散函数的参数的集合。 注：g b t4 3 1 5 2 2 0 0 9 附录a 中已给出了影响该函数的参数。即使没有给出这些参数，假定下列定义中的所有 关系与这些参数是关联的。 3 5 点扩散函数p o i n ts p r e a df u n c t i o n p s f 点源像的归化辐照度分布。 p ( “，口) g b t4 3 1 5 1 2 0 0 9 3 6 3 7 3 8 3 9 3 1 0 3 1 1 2 式中： f ( u ，。) 像点光辐射分布。 等晕系统i s o p l a n a t i cs y s t e m 与变化的点源在物平面上的位置无关的点扩散函数的成像系统。 等晕区i s o p l a n a t i cr e g i o n 点扩散函数认为是恒定的像空间的成像系统区域。 注1 ：对点扩散函数恒定的评估由所要求的光学传递函数测量准确度决定。 注2 ：如果成像器件是抽样或扫描件( 例如当该器件包含光纤元件或隧道电子倍增平台或视频系统的一部分时) ， 则等晕区由一个实空间区域和一个空间频率( 付里叶空间) 的限定频率区域规定。在规定的允差范围内，点 扩散函数的付里叶变换可以认为是恒定的区域。 光学传递函数o p t i c a lt r a n s f e rf u n c t i o n o t f 成像系统点扩散函数的付里叶变换。 rr - t - o d ( r ，s ) 一ip ( u ，口) e x p , - - i 2 j x ( u r + u s ) 3 d u d v ( 2 ) jj 式中： r 、s 与空间频率( “，”) 相关的空间频率变量。 注1 ：对o t f ，必须使成像系统在等晕区域和线性范围内工作。 注2 ：o t f 是一个复函数。在零空间频率时，它的模量值为1 。 调制传递函数m o d u l a t i o nt r a n s f e rf u n c t i o n m t f 光学传递函数d ( r ，s ) 的模量。 相位传递函数p h a s et r a n s f e rf u n c t i o n p t f 光学传递函数d ( r ，s ) 的幅角。 注：在零空间频率时相位传递函数等于零。相位传递函数的值与点扩散函数的参考坐标系原点位置有关，原点位 置的位移会使相位传递函数产生一个对r 和s 成线性的附加项。 一维光学传递函数o n e - d i m e n s i o n a lo p t i c a lt r a n s f e rf u n c t i o n d ( r ) 在规定方向一维方位角的o t f 的一维表达形式。 注1 ：多数情况下传递函数通常是一维形式，此时空间频率变量r 和s 简化为单一的空间频率变量r 和一个方位变 量审( 见4 2 1 和4 2 2 ) ，这里雪是成像状态的一部分( 见图1 ) ： d ( r ，j ) 一d ( 一，口) ( 3 ) 为方便起见，d ( ，鳓写为d ( ，) 。按惯例，子午o t f 对应子午方向事一9 0 。，弧矢o t f 对应弧矢方向弩一o 。 注2 ：图1 中分别介绍了区域右旋坐标系( “，”) 和( r ，s ) 以及右旋光瞳坐标系。方位角雪的参考线垂直于像方图样 的恒量辐照度线。当对狭缝或刃边进行扫描时，垂直方向与扫描方向一致，则角审是“轴线或r 轴线与该扫 描方向的夹角。 若以起始点为前提，则必须使用右旋坐标系。 g b ，t4 3 1 5 、1 - - 2 0 ( 3 9 ，一警。； ：= 蠹： z 一金翼 i 一荔图样； 一裴二 ：一；磊圆； 一：登：矢副； ：三；赢 s 一竺零羹篙， 1 = 磊= 。一差笔：! ，暑羚； = 襞毫附协焉黯一。 = 喜嚣慧附协 = 黼茹轴减。 g b t4 3 1 5 1 2 0 0 9 通常对一个( 屯，屯，屯) 坐标系，一个右旋坐标系由z 。到z ：的最短位置上的旋转和x a 产生。z a 是一个被明确说 明带有方向感的参考轴。对二维表达形式 2 d 一坐标系( 五，z z ) ，一个是朝z 。方向的相反方向，那么数学正旋是逆时针 方向的。 光学中通常子午面包含z ：轴并不包含z 。轴。具体说明如下： a ) 参考轴是= 轴。 b ) 在出瞳中心内，出瞳坐标系具有它的原点。z 轴垂直于子午面。y 轴位于子午面内，并且z 、y 、z 组成一个右旋 坐标系。 c ) 对像方矢量的终点，区域像场坐标系( “，。) 或对各个付里叶可逆空间的( r ，s ) 具有它的原点。“轴( 或r 轴) 垂直于子午面，。轴( 或s 轴) 位于子午面内，例如：在像方矢量h7 的方向，一个右旋坐标系的参考轴方向由( “，n ) 或( r ，s ) 组成。 d ) 从参考线的“轴或r 轴到图像恒量强度线的垂直方向计算方位角尘。 e ) 从参考线的参考标记矢量到子午面计算参考角。当标记朝着参考轴的反方向时，逆时针旋转的标记是 正的。 3 1 2 空间频率s p a t i a lf r e q u e n c y 直线正弦空间分布周期的倒数。 注：空间频率是付里叶空间中的变量。它可以用直线或角度来表示，空间频率的单位名称定为1 毫米或1 毫弧度 ( 1 度) 。 3 1 3 线扩散函数l l n es p r e a df u n c t i o n l s f 非相干线源像的归化辐照度分布，可以表示为点扩散函数p ( u ，”) 的卷积，p ( u ，”) 带有一个其长度 包含在等晕区内的无限窄线d ( ”) 。对平行于口轴的窄线，8 ( “) 为迪卡尔旦耳他函数。 地) 一仁盹，伽( u mu ；m d 。 一r p ( u , v ) d 。 注1 ：线扩散函数仅存在于一个等晕区内。 注2 ：一维光学传递函数d ( r ) 是线扩散函数l ( “) 的付里叶变换。 3 1 4 刃边扩散函数e d g es p r e a df u n c t i o n e s f 刃边像的辐照度分布。 鼬) 一 。m ，) d “， 对一个刃边平行于”轴。 3 1 5 光栅g r a t i n g 透射比或反射比按周期变化但一个方位不变的线状图样。 3 1 6 正弦光栅s i n u s o i d a lg r a t i n g 按正弦周期变化的光栅。 3 1 7 调制度m o d u l a t i o n m 一个周期信号的角度变化的测量。 注：在本部分中，一个周期性辐射量( i ) 的调制度定义为： m - - 告丧 式中； j 血，发射或照射的辐射量的极大值； j 发射或照射的辐射量的极小值。 g b t4 3 1 5 1 2 0 0 9 调制传递系数m o d u l a t i o nt r a n s f e rf a c t o r 某个空间频率“的m t f 值。 注：在特殊情况下，当物是某一空间频率r 0 的正弦光栅时，并在线性范围和等晕区内，调制传递系数t ( h ) 为像的 相位传递值p h a s et r a n s f e rv a l u e 某一空间频率r o 的p t f 值。 注：在线性范围和等晕区内，当一个正弦图样的像相对于几何光学( 高斯光学) 像的位置产生横向位移时，这一位移 波像差函数w a v e f r o n ta b e r r a t i o nf u n c t i o n w ( z ，) 对一个给出的物点发出的波长a ，经过光学系统以后到达出瞳面上的波阵面，与一个以像点为中心 的参考球面之问的光程差。 光瞳函数p u p i lf u n c t i o n p ( z ，y ) 一个光学系统出瞳面上波阵面的复振幅分布( 见图2 ) 。 p。cz，y，一a“z，exp一i等w“z，y刀誊譬完c，0 - 式中： x 、，参考球面上以像点为中心的笛卡儿坐标； a - ( z ，y ) 点的振幅； - ( z ，y ) 点的波像差函数。 5 g b t4 3 1 5 1 2 0 0 9 3 2 2 3 2 3 6 1 像点一球面中心 2 像方图样矢量h 3 参考轴2 ； 图2 4 z z 平面的球面交线 5 y z 平面的球面交线 a 在参考球面上。 振幅点扩散函数a m p l i t u d ep o i n ts p r e a df u n c t i o n 振幅脉冲响应a m p l i t u d ei m p u l s er e s p o n s e a ( “，o ) 点源像复振幅的相对分布。 注1 ：采用一个适当的归化常数后，振幅点扩散函数是光瞳函数p - ( z ，) 的付里叶变换。 ( 一) 一仁蹦m ) e x p 一l 丽“( u z + v y ) d x d y 式中； “，一以物点的几何光学像点为原点的笛卡儿坐标，“、。轴分别取为与z 、y 轴平行； r 所选像点的参考球面半径 见图1 和3 1 1 注2 。 注2 ：点扩散函数和振幅点扩散函数的关系为 r ( z ，) 一a ， ( ，“ ) a ；，j ( “，口) ( 9 ) 这里星号代表复共轭。 自相关积分a u t o c o r r e l a t i o ni n t e g r a l 杜费积分d u f f i e u xi n t e g r a l 在本部分中评价单色照明光瞳函数的自相关所运用的数学程序。 注：除了成像系统有特别大的孔径比或视场角的情况之外，二维光学传递函数可表示为光瞳函数只( z ，y ) 的自相 关积分。按照方程式 3 2 4 3 2 5 式中： s 瞳面积； d 一积分域( 见图3 ) 。 g b t4 3 1 5 1 2 0 0 9 b ( ) 一。p - ( z ，y ) p d ( z a r r , y - - 堰s ) d z d y ( 1 0 ) 1 光瞳域5 ； 2 剪切光瞳 3 积分域。 图3 单色光学传递函数m o n o c h r o m a t i co p t i c a lt r a n s f e rf u n c t i o n d 】( r ，5 ) 单波长a 的辐射的光学传递函数。 复色光学传递函数p o l y c h r n m a t i co p t i c a lt r a n s f e rf u n c t i o n d a ( r ，5 ) 复叠有限波带的辐射成像的光学传递函数。 注1 ：为使d 。( r ，s ) 有意义，必须规定光谱权函数f ( ) 。权函数f ( ) 由设备的复合光谱特性，即辐射的光谱分布 设备的光谱透射比，滤光器或探测器的光谱灵敏度等因紊综合确定。 注2 ：权函数f ( ) 必须与应用相关的成像设备的光谱特性相匹配。 4 测量中的术语和定义 4 1 物方图样o b j e c tp a t t e r n 能被测试系统成像的辐射量的空间分布。 7 g b t4 3 1 5 1 2 0 0 9 4 2 像方图样i m a g ep a t t e r n 与物方图样相应的，能在成像系统的输出端探测到的辐射量的空间分布。 4 3 物场o b j e c tf i e l d 物方图样的允许范围。 注：物场中心与像场中心应相互对应。 4 4 像场i m a g ef i e l d 测试中由系统形成的可探测到的像方图样的范围。 4 5 分析区域a n a l y s e da r e a 在测定o t f 时所分析的像场那部分区域。 4 6 参考轴r e f e r e n c ea x i s 能够唯一标定的一个适当的特性来定义的一条直线。 注：参考轴的方向规定为从物场中心到像场中心的辐射传播方向为正。参考轴通常是一个组件的旋转对称轴，或 是测试系统中某一个实际部位( 例如镜筒、安装法兰) 的对称轴。对于具体系统，参考轴通常就是光轴( 为所有 光学元件的公共对称轴的理想系统的光轴) 的机械轴。 4 7 孔径光阑a p e r t u r es t o p 一个或一组实在的零件，它从几何光学角度限制了从物场中心通过系统到达像场中心的辐射总量。 4 8 入瞳e n t r a n c ep u p i l 孔径光阑在系统物方所成的像。 注：如果孔径光阑是辐射作用的第一个元件，则人瞳与孔径光阑一致。 4 9 出瞳e x i tp u p i l 孔径光阑在系统像方所成的像。 注1 ：如果孔径光阑是辐射作用的最后一个元件，则出瞳与孔径光阑一致。 注2 ：当系统由几个非相干耦合的分系统所构成时，应注意到两个实际起作用的光瞳： 第一个仅对从物方图样射来的辐射有影响，通常定为人瞳； 第二个仅对射向像方图样的辐射有影响，通常定为出瞳。 4 1 0 物方( 像方) 图样矢量o b j e c t ( i m a g e ) p a t t e r nv e c t o r 指向物方( 像方) 图样中点的矢量( 见图1 ) 。 4 1 1 参考标记矢量r e f e r e n c em a r kv e c t o r 垂直于参考轴并指向试样的一个参考标记的矢量( 见图1 ) 。 4 1 2 参考角 r e f e r e n c ea n g l e 西 由参考标记矢量和参考轴所组成的平面与由图样矢量和参考轴所组成的平面之间的夹角。 注：这样定义的参考轴的坐标系是一个右旋坐标系，因此参考角中定义为如图1 所示( 见图1 和3 1 1 注2 ) 。 8 4 1 3 4 1 4 4 1 5 4 1 6 4 1 7 4 1 8 4 1 9 4 2 0 4 2 1 4 2 2 物方视场角o b j e c tf i e l da n g l e 叫 参考轴和无限远物方到测试样本入瞳的辐射传播方向之间夹角的绝对值。 像方视场角i m a g ef i e l da n g l e 叫， 参考轴和测试样本的出瞳到无限远像方的辐射传播方向之间夹角的绝对值。 物高o b j e c th e i g h t 物方矢量的长度。 注：当物方为有限变化时，则使用物高这一概念；反之，则使用物方视场角。 像高i m a g eh e i g h t 7 像方矢量的长度。 注：当像方为有限变化时，则使用像高这一概念；反之，则使用像方视场角。 g b t4 3 1 5 1 2 0 0 9 数据基准面d a t u ms u r f a c e 具有形状、方位和位置的像面。 注1 ：数据基准面由指定的焦面位置来表示或由用来比较和引证测量结果的机械装置来表示。 注2 ：除了特别指明外，数据基准面称为数据平面。 数据基准平面d a t u mp l a n e 垂直于参考轴的数据基准面。 注：数据平面由指定的焦面位置来表示或由用来比较和引证测量结果的机械装置来表示。 参考面r e f e r e n c es u r f a c e 正交于参考轴的面，在测量中所有的轴向位置参数都以参考面作为依据。 注1 ：这个面通常是一个参考平面。 注2 ：参考平面与被铡系统( 例如安装法兰或安装特殊用途的夹具) 的一个物理特征有关。 参考平面r e f e r e n c ep l a n e 参考面的一个平面。 弧矢方位r a d i a la z i m u t h 当狭缝、刃边物或光栅线条的方向为物方或像方图样矢量的方向时物方图样的方位。 注：其他方位由角雪来给定，见图1 和3 1 1 注2 。 子午方位t a n g e n t i a la z i m u t h 当狭缝、刃边物或光栅线条的方向与物方或像方图样矢量的方向成直角时所规定的物方图样的 9 g b t4 3 1 5 1 2 0 0 9 方位。 注1 ：其他方位由角尘来给定，见图l 。 注2 ：当测试图样在轴上、狭缝、刃边物或光栅线条的方向朝向参考标记时定为子午方位，这时透镜应安装到使参 考标记处在最上面的位置。 4 2 3 成像比尺i m a g es c a l e 放大率m a g n i f i c a t i o n 傍轴