光锥的光学传递函数测试方法研究

　　0　引言

　　光锥具有放大和缩小图像作用,广泛应用于CCD耦合、图像增强器耦合、医疗和牙科摄像拍片方面以及电视成像和先进的成像应用方面,作为系统一部分,其传像质量影响仪器的整体性能.目前,光学传递函数已在像质评价方面占有主导地位,并已广泛地应用于光学设计过程及光学系统的检验,因为它能克服过去的一些评价标准的明显不足,从而使光学系统的设计和检验建立在更加可靠的基础上[1,2].光锥作为特殊的传像器件,用传递函数来评价其成像质量被越来越多的科技工作者所接受[3].

　　目前光锥的MTF测试还未见相关报道,光纤面板的测试有采用刀口法[4]和样条板测试法的,然而由于受到刀口和样条板制作工艺及扫描机构的限制,目前只是在较低的频率范围内使用,且一次只能测试一个方向的传递函数.基于图像分析的光学传递函数测试技术,由计算机完成对特征目标物成像的预处理及分析,获得被测系统的光学传递函数[5,6],测试采用正光路,不需要扫描机构,结构简单,测试结果可实时显示,整个测试过程不存在原理性误差,因而近年来发展很快.以针孔作为特征目标物,可以同时获得子午和弧矢两个方向的光学传递函数[7].

　　本文首先从光锥的成像方式上讨论了其理论传递函数,提出了采用用星点像分析的方法测试光锥的传递函数,给出了测试结果.

　　1　光锥的调制传递函数

　　光锥作为光学传像器件,不同于其他传统的光学器件,在传像的过程中有了离散化,但又不同于CCD器件在单个像元中有积分的过程,可以把这种情况看成多个圆形孔径与排列函数的卷积而不是抽样.值得注意的是,因为是光锥,所以物、像存在一定的尺度比例,在计算频谱时,应该做相应的尺度变换,计算过程中,直接将像的空间尺度转换到物空间,得到统一空间频率的谱值.

　　无像差情况下,单根光纤具有很高的数值孔径,因而具有很高的MTF值,理想情况下趋近于1.实际情况中,MTF主要来源于单根光纤中透过率的不一致和光纤排列方式.光锥是由一束光纤排列制成,典型的排列方式为六角形,如图1.理想情况下,其分布函数是构成光锥MTF的主要因素,对于数值孔径为1的光锥,其理想MTF为

　　式中D为光锥入射端的单丝中心距,理想情况下等于单丝直径,分别是光锥单丝沿x、y方向的排列间隔.对于实验中测试的光锥,D大=6.02μm,D小=3.01μm,其理论MTF如图2.从图中可以看处,光锥的截止频率是其排列间隔的倒数,从小端入射时,光锥的MTF值比从大端入射时高,且y方向的光学传递函数比x方向高.

　　2　测试实验