光学系统的像质评价

第14章　光学系统的像质评价

在几何光学成像基本理论的讨论中业已指出，实际光学系统并非理想光学系统，其仅在满足近轴条件下，才能成完善像（或理想像）。光学系统成完善像必须满足三个条件：（1）从物点发出的所有光线经光学系统后，均交于一点，即点成点像；（2）物方每个平面对应像方的一个平面；（3）对于垂直于主光轴的共轭平面，其横向放大率为常量，即物像相似。若光学系统不满足第一条件，将导致像点弥散模糊；不满足第二条件，将导致像面弯曲，即产生场曲；若违背第三条件，则将导致图像产生畸变。光学系统成像特性可从两个方面进行描述与评价：一是光学特性，包括焦距、放大率、物距、像距、入瞳位置、出瞳距离等参量，其属于物像几何尺寸共轭关系的计算与讨论范畴；二是成像质量，即光学系统所成像的清晰程度以及像与物的相似性。实际光学系统所成的像与理想像之间的偏离与差异，称为像差。

由于实际光学系统不可能成理想像，因此就存在对光学系统成像质量优劣的评价问题。成像质量评价方法可分为两类（或两个阶段）：一类是设计人员在设计阶段通过计算评定光学系统成像质量的优劣。常用的像质评价方法有：几何像差、波像差、瑞利判断和点列图、光学传递函数等；另一类是用于光学系统制造完成后，对产品像质进行实际检验测量的评价方法，主要有分辨率检验、星点检验和光学传递函数测量等。在光学设计阶段，光学系统设计人员可以根据系统的光学特性和成像质量两方面的要求来进行光学设计，即进行有关像差计算与校正，确定光学系统的结构参数。

研究光学系统的像质评价是一个比较复杂而深入的课题，限于篇幅，本章仅以光学设计阶段共轴光学系统的像质评价为研究对像，重点介绍各种几何像差的基本概念、影响因素、评价方法与指标；同时简要介绍波像差、点列图、光学传递函数等像质评价方法的基本概念与评价指标。从而为应用ZEMAX软件进行光学设计奠定必要的理论基础。