光学成像质量评价

1. 理想成像和像差

从几何光学的角度看，光学系统只对被成像物体进行放大或缩小，物平面上的一点经过透镜的作用，变成像平面上的一点， 称为“点点成像”，或“理想成像”，像和物具有等同的清晰度， 分辨率为无限高，相应的系统称为理想光学系统。

图1. 理想成像和衍射受限

像差和弥散圆：一个物点经过实际成像镜头形成的像不再是点像，具有弥散，称为“像差”。像差的主要原因为： 

○ 镜头有限孔径光栏（ F 数）限制，称为“衍射受限” （diffraction-limited）; 

○ 单色光照射，由设计、材料、加工、调试不完善形成的像 差（单色光像差）； 

○ 宽波段光波（多色光）照射形成的像差（色差）。

○ 在像差不太严重时，弥散斑近似为圆形，称弥散圆。光学 设计软件ZEMAX给出弥散圆的半径（ RRMS ：RMS radius）

图.2 实际光学系统的弥散斑

2. 衍射受限成像（diffraction limited imaging）

○ 从物面上任意一点发出的光波，携带着该物点的信息，本来是向着所有方向发射的，但成像镜头都有孔径光栏，限制了物点发出的光束，只接收孔径角2u 范围内的光束进入系统并传递，参与成像。超出该孔径的光束通不过透镜。

○ 从信息论的观点看，有限孔径形成信息的损失，光波在透镜边缘的衍射（又称“绕射”）使波面边缘发生畸变。孔径角2u越小，信息的损失越大。

图3. 衍射受限图示