摄影物镜MTF测量中的影响因素研究

　　0　引　言

　　光学传递函数(optical transform function: OTF)被认为是评价光学成像元件和系统成像质量优劣的比较完善的指标,因此光学传递函数的测量是进行成像元件和成像系统性能评价的前提条件和重要环节,已经广泛地应用于光学设计与光学检验之中。光学传递函数的测量仪器经历了多种形式,目前国内外广泛使用的是数字式光学传递函数测试仪。尽管这种测量仪器测量精度高,使用方便,但也会受到各种测量因素的影响。

　　1　测量原理

　　OTF从测量原理上可分为扫描法、自相关法、互相关法、频谱分析法等。目前大多数OTF测试仪都采用了数字傅里叶分析法,其数学模型为[1—3]

　　式中x,y为参考像面的坐标;u、v分别是沿x,y方向上的空间频率;PSF是点扩散函数。为了避免二维OTF的计算的困难,常在一个确定的方位角θ下进行测量。当空间频率展开的方位角确定以后,在这个方向上的OTF可以用一维函数来表示。通常令θ=0,则(1)式可写成

　　式中LSF为线扩展函数,MTF为调制传递函数(modulationtransfer function);PTF为相位传递函数(phase transfer func-tion)。

　　将一个满幅调制(调制度或对比度MTF=1)的正弦目标物通过光学系统后,像的调制度将会下降,相位将发生偏移。在光学车间的产品检验中,为了提高效率,通常使用某几个甚至某一个空间频率f下的MTF来评价像质。另外,由于正弦光栅较难制作,常常用矩形光栅作为目标物。用CCD对矩形光栅的像进行抽样处理,测定像的归一化的调制度,通过测量MTF来评价光学元件或成像系统的像质。

　　2　实验其数据处理^[4,5]

　　测量实验原理如图1所示,三色面光源含红、绿和蓝三种色光,而且光强可控。目标板为含有不同空间频率(10lp/mm、25 lp/mm、60 lp/mm)单元的光栅,CCD为敏通公司的黑白型MTV -1881EX,待测透镜为焦距90mm的普通摄影物镜。测量中,分别改变光源颜色、镜头F数、测量视场角、方位角以及光源光强,测量出在不同参量下的MTF曲线。

　　从图2我们可以看出,波长越长的光其MTF值越低,低波长的光作为光源时该镜头的分辨率比较高,且在低频部分的对比度比较高,能拍出比较有层次感和真实感图像出来。还能看出三种色光MTF曲线围成的面积中,绿光的最大,表明用绿光摄影时物镜传递的信息量越多,镜头成像质量越好,图像越清晰。从图3可知,MTF值是随着光圈的增大而增大。从图4可知,MTF曲线总的变化趋势是随着视场角的增大而增大,在低频部分视角的变化不大,但在高频部分变化较大。从图5可知,MTF值随方位角的增大而增大,因为在改变方位角的时候,光栅成像在CCD上面的空间频率有所改变,黑白间距变小了,也就是说光栅的空间频率变大了,相当于我们采集的10 lp/mm频率的光栅对应了10 lp/mm以上的频率,但总的看来MTF的影响不是很大。从图6可知,光强越大MTF曲线越低,光强越弱,MTF曲线越好,因此,进行实际测量时,在能够分辨的前提下,光强尽量弱点好。