书 书 书犐犆犛 ３７ ． ０２０ 犖 ３０ 中华人民共和国国家标准 犌犅 ／ 犜 １１１６８ — ２００９ 代替 ＧＢ ／ Ｔ１１１６８ — １９８９ 光学系统像质测试方法 犐犿犪犵犲狇狌犪犾犻狋狔狅犳狅狆狋犻犮犪犾狊狔狊狋犲犿狊 — 犕犲狋犺狅犱狅犳犱犲狋犲狉犿犻狀犪狋犻狅狀 ２００９  ０９  ３０ 发布 ２００９  １２  ０１ 实施 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 发布书 书 书前 　　 言 　　 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 — １９８９ 第 ２ 章中的引用标准 ； ——— 将 ＧＢ ／ Ｔ１１１６８ — １９８９ 第 ３ 章 、 第 ４ 章 、 第 ５ 章和第 ６ 章归入同一章 ， 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 。 Ⅰ 犌犅 ／ 犜 １１１６８ — ２００９ 光学系统像质测试方法 １ 　 范围 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 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 犐 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 ）： 犐 ＝ 犐 Ｏ ２ 犑 １ （ 犞 ） ［］ 犞 ２ …………………………（ １ ） 犞 ＝ ２ π λ 犪 犳 （） ′狉 ＝ ２ π λ 犪 犳 （） ′狓 ２ ＋ 狔 槡 ２ …………………………（ ２ ） 　　 式中 ： 犐 Ｏ ——— 被测系统所成星点衍射像的中央处光强 ； 犑 １ ——— １ 阶贝塞尔函数 ； 犞 ——— 复振幅分布函数 ； 犳′ ——— 被测系统焦距 ； 犪 ——— 被测系统光瞳半径 ； 狉 ——— 距被测系统几何像点的径向距离 ； 狓 ， 狔 ——— 几何像点的坐标 。 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 犌犅 ／ 犜 １１１６８ — ２００９ 图 １ 图 ２ ３ ． １ ． ２ 　 测量装置 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聚焦于星点孔 ， 星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整个孔径 ， 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 。 　　 １ ——— 光源 ； ２ ——— 聚光镜 ； ３ ——— 光阑 （ 星点孔 ）； ４ ——— 准直物镜 ； ５ ——— 被测光学系统 ； ６ ——— 观察显微镜 。 图 ３ 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 犌犅 ／ 犜 １１１６８ — ２００９ ３ ． １ ． ２ ． １ ． ２ 　 准直物镜 准直物镜通常是复消色差物镜 ， 轴上波差应小于 λ ／ ８ 。 通光孔径应大于被测系统入瞳直径的 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 犮 应不低于 １５％ ， 实际上 犮 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 。 ３ 犌犅 ／ 犜 １１１６８ — ２００９ 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 图 ５ 图 ６ ３ ． ２ ． ２ 　 测试装置 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 　 测量结果表示 ３ ． ２ ． ３ ． １ 　 轴上分辨力 如图 ７ａ ）， 分辨力板图案中某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 犖 Ｏ ， 见式 （ ３ ）： 犖 Ｏ ＝ 犕 犢 …………………………（ ３ ） ４ 犌犅 ／ 犜 １１１６８ — ２００９