概要

這篇文章講述了：

什么是點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)？

點(diǎn)列圖

快速傅里葉變換計(jì)算的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)（FFT PSF）

惠更斯算法計(jì)算的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)（Huygens PSF）

如何使用非序列模式下的透鏡和探測(cè)器觀(guān)察惠更斯積分

對(duì)于序列模式下的透鏡組，分析點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)時(shí)如何在惠更斯和快速傅里葉變換計(jì)算兩者間進(jìn)行選擇

本文使用的附件下載： PSF_SampleFiles.zip (3 K)

什么是點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)（PSF）？

PSF是一個(gè)物空間的點(diǎn)光源經(jīng)過(guò)光學(xué)系統(tǒng)后的輻射照度分布。望遠(yuǎn)鏡對(duì)遙遠(yuǎn)行星成像就是一個(gè)很好的PSF例子：由于行星距離我們非常遠(yuǎn)以至于我們?cè)谌魏螚l件下都可以把它當(dāng)做一個(gè)點(diǎn)。雖然發(fā)光光源是一個(gè)理想的點(diǎn)，但是像點(diǎn)并不是一個(gè)點(diǎn)。這是因?yàn)閮蓚�(gè)主要原因：首先，光學(xué)系統(tǒng)的像差會(huì)影響像點(diǎn)，使其在有限的區(qū)域內(nèi)擴(kuò)散；其次，即使光學(xué)系統(tǒng)沒(méi)有像差，衍射效應(yīng)同樣會(huì)使像點(diǎn)發(fā)生擴(kuò)散。

OpticStudio內(nèi)置了三種計(jì)算PSF的方法：幾何（無(wú)衍射效應(yīng)）點(diǎn)列圖、基于衍射效應(yīng)的快速傅里葉變換（FFT）PSF和惠更斯（Huygens）PSF。這篇文章將討論每種算法的理論基礎(chǔ)，并給出了一些使用建議。

點(diǎn)列圖：幾何PSF

點(diǎn)列圖是OpticStudio中最基礎(chǔ)的分析功能之一。該功能會(huì)加載多條從物空間點(diǎn)光源發(fā)出的光線(xiàn)，并對(duì)所有光線(xiàn)穿過(guò)光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行追跡，然后將以圖表的形式顯示光線(xiàn)相對(duì)于特定參考點(diǎn)的坐標(biāo)圖。

本文中使用的示例系統(tǒng)是一個(gè)焦距為50mm、F數(shù)為5的拋物面反射鏡。物體放置于無(wú)窮遠(yuǎn)處。這是一個(gè)簡(jiǎn)單的牛頓望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，示例文件名為PSF_Newtonian.ZMX。光學(xué)系統(tǒng)如下所示：

兩個(gè)視場(chǎng)下的點(diǎn)列圖如下所示，其中一個(gè)視場(chǎng)為軸上視場(chǎng)，另一個(gè)為2°的離軸視場(chǎng)：