标准解读
GB/T 13742-1992 是一项中国国家标准,全称为《光学传递函数测量准确度》。这项标准规定了光学系统传递函数(Optical Transfer Function, OTF)的测量方法及其准确度要求,旨在为光学仪器和系统的性能评估提供统一、可靠的测试依据。以下是该标准主要内容的概述:
标准适用范围
本标准适用于各种光学系统,包括但不限于摄影镜头、显微镜、望远镜及其它成像设备中光学传递函数的测量与评估。它不仅涉及可见光谱区域,也包括其他电磁波谱区域内的光学系统,只要这些系统的工作原理与测量技术在本质上相同。
基本定义
- 光学传递函数 (OTF):描述光学系统对不同空间频率的响应,包括调制传递函数(MTF)和相位传递函数(PTF),反映了系统对图像细节传递的能力。
- 调制传递函数 (MTF):衡量系统对对比度传递的能力,即入射光强对比度与出射光强对比度之比随空间频率变化的关系。
- 相位传递函数 (PTF):表示系统引起的光波相位延迟变化,与MTF共同决定了成像质量。
测量原则与方法
- 测量条件:标准明确了测量时的环境条件,如光照均匀性、背景噪声控制等,以确保测量结果的可重复性和准确性。
- 测试设备与靶标:规定了用于测量的设备类型、精度要求及测试靶标的设计标准,靶标通常包含一系列已知空间频率的黑白线条或点阵图案。
- 数据处理:详细说明了如何从测量得到的图像数据中计算OTF,包括图像采样、边缘识别、对比度计算等步骤,并对数据处理中的误差来源进行了分析。
准确度要求
- 规定了OTF测量结果应达到的精度水平,包括MTF和PTF的测量误差限值,确保不同实验室间测量结果的可比性。
- 提出了校准方法和验证程序,确保测量设备自身的准确度和稳定性满足要求。
附录与补充信息
标准还可能包含一些实用的附录,如常见问题解答、参考测量案例或是测量不确定度的评估方法,以帮助使用者更好地理解和执行标准内容。
如需获取更多详尽信息,请直接参考下方经官方授权发布的权威标准文档。
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文档简介
中华人民共和国国家标准光学传递函数测量准确度“B/T 13742of 提出了光学传递函数测量中的主要误差来源、误差的检验方法、误差计算、测量准确度等。本标准适用于各种光学传递函数测量装置。2引用标准315. 1光学传递函数术语符号试图样”、“被测样品”以及“像分析器”,使它们处于正确的几何关系下(即;由选择的成像状态来定义)。为了满足正确的几何关系,通常要靠导轨的直线性、导轨之间的垂直度、或被测样品相对于参考面之间的平行度以及角度标尺的准确度来保证。否则,将导致对理想的成像状态的偏离,引起光学传递函数的测量误差。光学台几何参数对测量准确度的影响取决于所采用的测量布局,下面所列为物和像均处于有限远测试图样和像分析器的导轨必须垂直于“参考轴”。直线度和垂直度偏差将造成对理想像面的偏离,从而导致像高以及物像距的装定所带来的误差也会对门2物处于无限远此种状态下只有像方(或物方)导轨相对于理想像面的偏离和像高或视场角的装定误差会对使用准直物镜,还存在物方无限远的调整误差。若未使用准直物镜,而是采用加长物距来近似无限远的情况F,必须保证足够远的物距,至少在镜头的50倍焦距以上(除非特殊规定)。否则,将造成较大的改变像方视场角时,像方准直管必须与像分析器连动,并绕一个通过出瞳、且垂直于参考轴的轴线旋转,以保证像分析器与无焦系统之间不产生横向偏移,从而不产生由于厂作焦点随像方角度改变而带来的果所采用的测量布局无法保证上述要求,或者由于支撑无焦系统和像分析器的聚焦导轨自身的国家技术监督局1992一11一04批准1993一08一01实施 13742一92机械弯曲而造成它们之间相对关系的改变,则将产生于视场角的装定以及无限远物距的调整也会产生像增强器以及其他屏幕成像系统测量这类系统的一个通用的方法,是在像和(或)物平面内的每一个测试位置都重新调焦,使测试目标调焦到物面或像面调焦到像分析器。这样可以消除由机械误差引起的调焦误差。于被测样品的拿下和装上会导致测量结果的变化。主要影响是使像面产生倾斜(见图1)。倾斜角角的大小应视对荐数据为0砚3轨一,;, ”“分,协被侧镜头、户七 图1被测镜头安装时的是通过旋转测试图样和像分析器来改变方位。测试图样或像分析器在沿旋转轴方向产生的位移会造成焦点位置的改变,由于焦点位置的改变而带来的由于测量布局的不同而异。应重视它们的相对定位。其图样为垂直于扫描方向的狭缝。两者之间的(见图2)角位移生有些装置来说,采用光栅和狭缝的组合产生周期目标,其空间频率可以通过改变光栅相对于狭缝的位置而变化。空间频率误差来自光栅和狭缝的相对定位差。这种情况下,用户应自行作出评价(一二甘一r9 l :目标狭缝或像分析器狭缝的有限宽度、非相干藕合的中继透镜的外测量时几何条件对空间频率的影响(见狭缝宽度的修正r)=K(r)(r)”(1)而K (r) =7(2)式中;g物方的狭缝宽度, (r)修正因子。当狭缝宽度存在误差时,将导致r)一(r) () (1一 )(3)式中:方的狭缝宽度,二)修正前的实测值。些中继透镜的继透镜的导致被测系统轴外测量应对频率标尺进行修正。修正频率由下式得出:子午方位二二 w”“(4)弧午方位r=“一(5)式中:二。一轴上空间频率,的误差将由。值的误差引起,这些误差表示为:子午方位2”,”一(6)弧午方位dr=”(7)焦技术、调焦所选用的频率(低频的调焦准确度一般较低)、被测镜头的数值孔径、被测镜头的常情况下,调焦位置的不准确(一般在轴上)只造成一定的当存在着象散和场曲时,将会导致轴外的较大误差。定误差、转换器或机械作用形成空间频率读数的非线性或零位偏移。存在畸变时,像方空间频率与物方空间频率之间的相对关系会随像高变化。直物镜和成像中继透镜等)都不应存在影响为它们是无法修正的。从已知的中继透镜的残余像差精确估算误差影响,必须同时了解被测系统的像差。此外还需进行复杂的计算。如果测量一个与被测系统具有相同的数值孔径和光阑直径的衍射受限镜头,从中获得由于中继透镜的残余像差而对就代表了这一误差源对测量所造成的最大偏差。这一误差值可以直接测量得出,也可以从所测得的中继透镜的残余像差中计算得出。假如被测系统本身的像质较差,采用上述方法将会过高地估算误差量。 一误差量取决于被测系统的果被测系统的设计数据和光谱不匹配的特性已知,那么相应的外,也可以使用窄带滤光片(于色差的存在,即使是在会对测量一个光学系统,其设计要求使用单色光,但却未进行这色差校正,或只进行了很少的校正,此时仍可能造成此类测量中,即使用一般的窄带滤光片也会增加指定波带以外的透射比的相对效应。横向宽度的增加或减少,都将造成对方图样和像方图样等扩展的限度与点扩散函数的尺寸有关。分析器的角响应必须与被测系统的光束相适应。频率特性的任何截断或非均匀衰减都将导致须测量像分析器的方向(或极性)响应,时,像分析器应具有较高的信噪比,以保证对低能量及高空间频率的被测系统使用标准测试镜头或精密狭缝测量后估算出来。线性或俯仰等偏差,造成对理想平面的偏离(见图3)。本标准推荐利用一个敏感的线位移传感器及参考平面对导轨的综合误差进行直接测量的方法,测量布局见图4。把传感器安装在通常安放像分析器或测试图样单元的位置上,使测量探头沿着光轴的方向,将参考平面或直边平行于像或物面(即垂直于参考轴)。测量探头可以直接测量出参考平面或直边与像分析器或测试图样单元沿导轨移动时的距离之间的变化。在测量中,把垂直于光学系统法兰盘安装定位面的轴作为参考轴。因此参考平面或直边应平行于法兰盘安装定位面。这种测量方法可给出包括对参考轴的任何垂直角偏差在内的误差。 13742一92(b) 、1!一、镜头安装定位面1、视场导软I、像面(C)一滋分析器潇侧镜头焦导执二卜闷二场导执上图3机械导轨的综合误差(a)直线性偏差;(b)运动方向的非线性偏差(c)俯仰偏差 13742一92尸,线位移传感器护嘴尸r、1,111卜LJ、聚焦导执、份一多刃个回成且班 像方视场导执一一)相对于参考轴的垂直度可利用自准直光管及平面镜来检查各工作面之间的平行度和(或)与准直光束方向的垂直度(见图5)。此外,测量装置上的准直物镜也可被用作自准直光管来观察测试图样及其反射像。采用自准直光管连同安装在旋转部件上的精密光学多面体来进行;或自准直光管连同平面镜以及安装在旋转部件上的精密测角仪来完成。用标定过的测距计放在准直光束中直接测量物距L。或用自准望远镜测量准直光束断面的角偏差,计算得出测镜头的焦点定位准确度将取决于调焦技术、调焦的准则、被测镜头的测镜头的:准直物镜的焦距、像分析器和测试图样的狭缝宽度、滤光片的光谱特性等),因此,对调焦准确度的估算因考虑上述这些变量相等还是近似。调焦的随机误差可以通过多次直接测量相等或相似条件下调焦过程的焦点定位的标准差来表示。调焦的系统误差最好是利用合适的标准镜头,通过比较理论的、以及实测的离焦图6所示。两组曲线的两个最佳焦点之间的偏差即为调焦误差。所得到的离焦曲线 13742一92以及最佳焦点位置应该是若干次测量结果的平均值。对不同的数值孔径下的测量结果进行比较,以便得出不同测量条件下的系统调焦误差。理论最佳焦点 实最佳糕:一瞻,尸一一一一调焦之11 及光谱特性的非匹配状态,就可以从复色光的者利用一套已知其积分透过率的窄带单色滤光片。把这些滤光片依次放入( 量其在零频时的信号绝对值。不同滤光片的信号的相对值采用积分透过率修正后,即为整个测量装W:的相对光谱响应值。对于测量线扩散函数的装置,)扫描的扩展当物方图样、像方图样或扫描的边界条件正确时,其尺寸上的变化不应造成对试图样等的最大和最小的允许尺寸与点扩散函数的最大尺寸有关。射受限的小孔光学件或精密狭缝等完成。如果使用标准镜头,该标准镜头的参数应尽可能接近被测镜头的条件,轴上测量应按规定的调焦条件在指定的频率上取统误差取多次测量(至少8次)的平均值与理论机误差则取多次测量(8次以上)的标准偏差。上述测里应在未重复调焦的条件下进行(相同的焦点)。精密狭缝特别适用于那些测量屏幕像(如像产生于装粉的准确度评价。若使用宽度为9的狭缝作为标准器具时,其空间频谱为:7(“,介(8)其系统误差和随机误差的确定与标准镜头的方法一样。47像分析器的方向响应评价像分析器的方向响应特性的方法取决于它的工作方法。主光轴(通常即为光轴)与主光线的一致性误差可以用带有合适的外测量时,像分析器的轴线与主光线不 13742一92致,仍可以使用标准镜头。然而,除轴上测量情况不变以外,轴外测量可模拟图7说明的方法来进行。把像分析器安装在精密旋转台上,使像分析器狭缝精确地定位于旋转台的旋转轴上,利用标准镜头进行的是像分析器却在一定的角度范围内旋转(即:测量装置所允许的最大视场角内)。测量结果应与像分析器的角度无关,任何随角度改变而产生的变化都可能表明像分析器存在方向响应误差。像分析器仪幸台图7手用旋转台方法示意5测量的总误差计算由下式计算:乙 g, )“(9)其中 8 . 式中:&各个随机误差源;各个系统误差源。尽管通常情况下,只有其中一个误差占主导地位,但大多数给定的误差源中都包括随机和系统这两种误差成分。6测量装置的准确度6门标称准确度标称准确度是建立在特殊衍射受限的理想镜头的理论特性基础上,利用其对导致测量误差并引起算标称准确度时应该给出镜头的以下主要参数:ab波长;c视场;e规定空间频率。计算标称准确度时应考虑的装置误差来源如下:f光学台的几何条件;9,方位变化; r 修正因子;k空向频率误差;1中继光学件的残余像差;m像分析器的角响应特性;2标准镜头测量“标准镜头”的制作应保证镜头本身的了满足这一准确度要求,这种镜头通常结构简单,性能受到严格规定。一般使用的50 将为使用标准镜头时,应提供若干次(不少于8次)及多次测量的标准差,并规定测量条件。标准镜头测量应严格按照指定的测量条件进行,校验镜头测量校验镜头应是稳定的、具有特殊结构形式并带有用于对测量装置进行准确度评价。使用校验镜头时应给出若干次(不少于8次)裁或比对认可的及这些测量的标准差的最大值。测量应在规定的条件下进行,其中包括轴上、验镜头的设计要求应与测量条件一同给出。6部分中指出的,屏幕成像系统(如:像增强器以及所有将像成在性能评价最好使用狭
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