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  • 什么是点扩散函数PSF?

    作者:Zemax China 来源:投稿 时间:2018-05-24 18:01 阅读:63640 [投稿]
    这篇文章讲述了:什么是点扩散函数、点列图、快速傅里叶变换计算的点扩散函数(FFT PSF)、惠更斯算法计算的点扩散函数(Huygens PSF)

    这里的采样是指对射向系统入瞳处的网格分布光线的采样率。OpticStudio会自动设置显示网格的尺寸比采样网格大一倍,并将超出入瞳区域的数据用零代替。因此PSF的分析结果显示的点要比网格采样点多4倍。如果系统像差很小,则我们感兴趣的区域将集中在图表的中心。为了减少显示这些近似等于零的数据,我们选择显示网格为较小的尺寸。

    在分析参数设置中可以使用多种网格尺寸来显示同样的PSF数据,可以设置如下图所示参数:


    显示网格的尺寸为128x128,视场编号为2,类型为对数,显示为伪彩色图。其分析结果如下图所示:


    惠更斯PSF

    从概念上讲,惠更斯PSF通过将点列图上每一根光线转换为一个小的平面波。回想一下,光线可以模拟一个小区域的平面波,因此光线在各向同性介质中与波前垂直。由光线模拟的平面波拥有振幅、相位和传播方向这三个参数。因此像面上的总辐照度分布可以考虑为所有追迹光线所代表的平面波的相干叠加。对所有光线的积分可以直接得到衍射PSF。

    OpticStudio中大多数衍射效应是基于标量衍射理论的(F数不会很小),但惠更斯算法在“使用偏振(Use Polarization)”开启时可以考虑电场的矢量特性。所有基于惠更斯算法的分析都全面考虑了偏振向量和偏振相位引入的像差。这一算法通过分别计算偏振电场的Ex,Ey,Ez分量,然后进行非相干叠加。和计算其他相位差一样,惠更斯算法会计算电场中每一个正交分量引入的偏振相位差。

    实际上所有光学系统都满足进行惠更斯PSF计算的前提假设:

    采样率足够高以准确模拟PSF

    惠更斯PSF不是基于FFT进行计算的。虽然计算速度方面惠更斯PSF通常要比FFT PSF慢,但是在不满足FFT PSF前提假设的情况下惠更斯PSF要更加准确。使用FFT PSF假设有问题从而需要使用惠更斯PSF的情况有:

    像面与主光线的垂直面存在明显倾斜

    出瞳相对于入瞳存在明显的畸变

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