引言
如果光学系统成像符合理想，则各种几何像差都等于零， 由同一物点发出的全部光线均聚交于理想像点。根据光线和 波面的对应关系，光线是波面的法线，波面为与所有光线垂 直的曲面。在理想成像的情况下，对应的波面应该是一个以
理想像点为中心的球面——理想波面。
如果光学系统成像不符合理想，存在几何像差，则对应的 波面也不再是一个以理想像点为中心的球面。
二、中心点亮度
光线是传输能量 的几何线，这些几何 线的交点应该是一个 既没有体积也没有面 积的几何点。但是， 在像面上实际得到的
是一个具有一定面积
的光斑
二、中心点亮度
中心点亮度则是依据光学系统存在像差时，其成像衍射斑
的中心亮度和不存在像差时衍射斑的中心亮度之比来表示 光学系统的成像质量的，此比值用S.D来表示，当 S.D>=0.8时，认为光学系统的成像质量是完善的，这就是 有名的斯托列尔（K.Strehl）准则。
四、点列图 点列图特点

大量光路计算，只有利用计算机完成；
形象直观的评价方法； 应用于大像差的照相物镜等设计中；


五、光学传递函数
所谓MTF是表示各种不同频率的正弦强度分布函数
经光学系统成像后,其对比度(即振幅)的衰减程度
当某一频率的对比度下降到零时，说明该频率的光强 分布已无亮度变化，即该频率被截止。这是利用光学 传递函数来评价光学系统成像质量的主要方法。
光线条数越多，像面上的点子数就越多 ，越能精确地反映出
像面上的光强度分布情况。实验表明，在大像差光学系统中 ，用几何光线追迹所确定的光能分布与实际成像情况的光强 度分布是相当符合的。
四、点列图
对轴外物点发出的光束，当存在拦光时，只追迹通光面积内
的光线。 利用点列图法来评价照相物镜等的成像质量时，通常是利用 集中30％以上的点或光线所构成的图形区域作为其实际有效 弥散斑，弥散斑直径的倒数为系统的分辨率。
瑞利指出“能分辨的二个等亮度点间的距离对应艾里斑的
半径”，即一个亮点的衍射图案中心与另一个亮点的衍射图
案的第一暗环重合时，这二个亮点则能被分辨。这时在二个
衍射图案光强分布的迭加曲线中有二个极大值和一个极小值 ，其极大值与极小值之比为1:0.735，这与光能接收器（如 眼睛或照相底板）能分辨的亮度差别相当。
三、分辨率
S1 S2 可分辨
S1 S2
S1 S2
恰可分辨
100% 75%
不可分辨
三、分辨率
分辨率作为光学系统成像质量的评价方法并不是一种完 善的方法，这是因为光学系统的分辨率与其像差大小直 接有关，即像差可降低光学系统的分辨率。 但在小像差光学系统（例如望远系统）中，实际分辨率
几乎只与系统的相对孔径（即衍射现像）有关，受像差
一、瑞利判断
把实际波面和理想
波面之间的光程差，
作为衡量该像点质量 优劣的指标，称为波 像差 最大波像差小于
λ /4时，此波面可
看作是无缺陷的
一、瑞利判断
优点：方便使用、关系简单；（几何像差曲线进行图形
积分得到波像差。）
缺点： 只考虑波像差的允许公差，未考虑其在整个波面的比 重；（气泡、划痕） 只适用于小像差光学系统。
成像质量评价
提纲
一、瑞利判断
二、中心点亮度
三、分辨率
要求，可分为两个 主要方面：第一方面是光学特性，包括焦距、物 距、像距、放大率、入瞳位置、入瞳距离等；第 二方面是成像质量，光学系统所成的像应该足够 清晰，并且物像相似，变形要小。 成像质量评价的方法分为两大类，第一类用 于在光学系统实际制造完成以后对其进行实际测 量，第二类用于在光学系统还没有制造出来，即 在设计阶段通过计算就能评定系统的质量。
因此用分辨率来评价光学系统的成像质量也不是一种严 格而可靠的像质评价方法，但由于其指标单一，且便于 测量，在光学系统的像质检测中得到了广泛应用。
四、点列图
在几何光学的成像过程中，由一点发出的许多条光线经 光学系统成像后，由于像差的存在，使其与像面的交点 不再集中于一点，而是形成一个分布在一定范围内的弥 散图形，称之为点列图。在点列图中利用这些点的密集
五、光学传递函数
图中不同色的曲线 表示不同视场的复 色光（白光）MTF 曲线，T和S分别表 示子午和弧矢方向， 最上方黑色的曲线 是衍射极限。横坐 标是空间频率 lp/mm（每毫米线 对），纵坐标是对 比度，最大是1。曲 线越高，表明成像 质量越好。
五、光学传递函数
五、光学传递函数
五、光学传递函数

传函测量要使用光学传递函数测试仪，下图是一台传函测 试仪，使用时只要将被测物镜装夹好，将光点调到最小， 就可以得到这个物镜传函曲线图。
五、光学传递函数
MTF特点

与光学系统的像差有关，又和光学系统的衍射有关； 客观、可靠； 同时运用于小像差光学系统和大像差光学系统；


瑞利判断和中心点亮度是从不同角度提出来的像质评价方
法，但研究表明，对一些常用的像差形式，当最大波像差 为λ /4时，其中心点亮度S.D约等于0.8，这说明上述二种评 价成像质量的方法是一致的。
二、中心点亮度
三、分辨率
分辨率是反映光学系统能分辨物体细节的能力，它是光学 系统一个很重要的性能，因此也可以用分辨率来作为光学系 统的成像质量评价方法。
•
程度来衡量光学系统的成像质量的方法称之为点列图法
。
四、点列图
•
对大像差光学系统（例如照相物镜等），利用几何光学中的 光线追迹方法可以精确地表示出点物体的成像情况。其作法 是把光学系统入瞳的一半分成为大量的等面积小面元，并把 发自物点且穿过每一个小面元中心的光线，认为是代表通过 入瞳上小面元的光能量。在成像面上，追迹光线的点子分布 密度就代表像点的光强或光亮度。因此对同一物点，追迹的
利用点列图法来评价成像质量时，需要作大量的光路计算，
一般要计算上百条甚至数百条光线，因此其工作量是非常之 大，因此只有利用计算机才能实现上述计算任务。但它又是 一种简便而易行的像质评价方法，因此常在大像差的照相物 镜等设计中得到应用。
四、点列图
一要注意下方表格 中的数值，值越小 成像质量越好。 二根据分布图形的 形状也可了解系统 的几何像差的影响， 如，是否有明显像 散特征，或彗差特 征，几种色斑的分 开程度如何
的影响很小。 而在大像差光学系统（例如照相物镜）中，分辨率是与 系统的像差有关的，以分辨率作为系统的成像质量指标 ，这是常用的方法。
三、分辨率
右图是测试数码相 机分辨率的 ISO12233鉴别率 板使用时按照相应 标准的照明要求照 明，使用数码相机
对此板实拍后对数
码照片可以判读出 相机的分辨率。
三、分辨率
但由于用于分辨率检测的鉴别率板为黑白相间的条纹， 这与实际物体的亮度背景有着很大的差别；此外，对同 一光学系统，使用同一块鉴别率板来检测其分辨率，由 于照明条件和接收器的不同，其检测结果也是不相同的 。例如对照相物镜等作分辨率检测时，有时会出现“伪 分辨现像”，即分辨率在鉴别率板的某一组条纹时已不 能分辨，但对更密一组的条纹反而可以分辨，这是因为 对比度反转而造成的。