成像光學(xué)設(shè)計必須校正光學(xué)系統(tǒng)的像差，但既不可能也無必要把像差校正到完全理想的程度半开，因此需要選擇像差的較佳校正方案隔披，也需要確定校正到怎樣的程度才能滿足使用要求，即確定像差容限寂拆。這兩方面都屬于光學(xué)系統(tǒng)質(zhì)量評價問題奢米，它對光學(xué)設(shè)計者具有重大指導(dǎo)意義。任何物體可以分解為點纠永，也可以分解為頻率譜鬓长，兩種不同的分解方法構(gòu)成兩類評價光學(xué)系統(tǒng)的方法。
光學(xué)系統(tǒng)質(zhì)量評價方法
成像光學(xué)設(shè)計必須校正光學(xué)系統(tǒng)的像差，但既不可能也無必要把像差校正到完全理想的程度炭序，因此需要選擇像差的較佳校正方案啤覆，也需要確定校正到怎樣的程度才能滿足使用要求，即確定像差容限惭聂。
這兩方面都屬于光學(xué)系統(tǒng)質(zhì)量評價問題幔妨，它對光學(xué)設(shè)計者具有重大指導(dǎo)意義。
任何物體可以分解為點胚嘲，也可以分解為頻率譜杆故，兩種不同的分解方法構(gòu)成兩類評價光學(xué)系統(tǒng)的方法。
第①類侨歉，以光能量的空間分布狀況作為質(zhì)量評價的依據(jù)
物點經(jīng)過成像系統(tǒng)形成的衍射圖樣中屋摇，光能主要集中在艾里斑中，而像差的存在使衍射光斑的能量比無像差時更為分散幽邓。屬于這一類的像質(zhì)評價方法有斯特列爾判斷炮温、瑞利判斷和分辨率。像差系統(tǒng)牵舵，通常用幾何光線的密集程度來表示柒啤，與此對應(yīng)的評價方法有點列圖倦挂。
1，斯特列爾判斷
Strehl 強度比（斯特列爾比担巩，Strehl ratio）：當(dāng)光學(xué)系統(tǒng)有像差時方援，衍射圖樣中中心亮斑（艾里斑）占有的光強度要比理想成像時有所下降，兩者的光強度比稱為Strehl 強度比涛癌，又稱中心點亮度犯戏，以 S.D.表示。
Strehl判斷（Strehl criterion）：中心點亮度（斯特列爾比）S.D.≥0.8時拳话，系統(tǒng)是完善的先匪。 斯特列爾提出的中心點亮度S.D.≥0.8的判據(jù)是評價小像差系統(tǒng)成像質(zhì)量的一個比較嚴(yán)格而又可靠的方法，但是計算起來相當(dāng)復(fù)雜弃衍，不便于實際應(yīng)用呀非。
2，瑞利判斷
實際波面與參考球面之間的Z大偏離量（波像差）不超過1/4波長時镜盯，此實際波面可認(rèn)為是無缺陷的岸裙。 該判斷提出兩個標(biāo)準(zhǔn)，即∶有特征意義的是波像差的Z大值形耗；波像差Z大值的容許量不超過λ/4哥桥。 但瑞利判斷是不夠嚴(yán)密的，它只考慮了波像差的Z大值激涤，而未考慮波面上缺陷部分在整個面積中所占的比重拟糕。透鏡中的一個小氣泡或透鏡表面的一條很細(xì)的該痕，都會引起好幾個λ的波像差倦踢，但這種缺陷只占波面上j小的局部區(qū)域送滞，對成像質(zhì)量并無顯著影響。 瑞利判斷另一個問題是辱挥，光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)確定以后犁嗅，與某一物點的成像光束對應(yīng)的實際波面也就隨之確定，但一方面波像差將隨參考球面或參考點的選擇而異晤碘，另一方面褂微，在較佳參考點時，波像差Z大值的數(shù)值大小還隨像差的平衡方案而異园爷。利用瑞利判斷作為評價指標(biāo)時宠蚂，應(yīng)該尋求與之相應(yīng)的像差較佳平衡方案。 瑞利判斷的優(yōu)點1：由于波像差與幾何像差之間的關(guān)系比較簡單童社，其值易于計算求厕。 瑞利判斷的優(yōu)點2：就對通光孔不必作任何假定，只要計算波像差曲線，便可據(jù)以評價呀癣。瑞利的波像差小于λ/4的判據(jù)與斯特列爾的中心點亮度S.D.≥0.8的判據(jù)是一致的美浦，詳見附圖
對于小像差系統(tǒng)，例如望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡项栏，可利用瑞利判斷和斯特里爾比判斷來評價其成像質(zhì)量浦辨，入里判斷由于計算方便，為大家廣泛采用忘嫉。
3荤牍，分辨率（瑞利判據(jù)）
由于衍射每一個點光源經(jīng)過成像系統(tǒng)之后，都會形成一個主光斑及其外的一系列微弱的衍射環(huán)庆冕。 當(dāng)兩個物點過于靠近，其艾里斑就會重疊在一起劈榨。當(dāng)兩個物點繼續(xù)靠近访递，以至于經(jīng)過系統(tǒng)成像之后的兩個像點中心距離等于艾里斑的半徑的時候，通常就認(rèn)為剛好能分辨出是兩個像同辣，此時兩個光強j大值與中間j小值之比為1:0.735拷姿，與光能接收器（眼睛或照相底板）能分辨的亮度差別相當(dāng)。兩個物點繼續(xù)靠近旱函，這個成像系統(tǒng)就分辨不出這是兩個點了响巢。所以瑞利判據(jù)，就是成像系統(tǒng)的分辨率基本依據(jù)棒妨。
簡單點講：一個光學(xué)系統(tǒng)光學(xué)分辨率就是其艾里斑的角寬度:φ=1.22λ/D踪古。嚴(yán)謹(jǐn)一點講，應(yīng)該是：對于“自身發(fā)光”且“光強相等”的兩個點券腔，經(jīng)過理想成像系統(tǒng)（無像差）所成的衍射像伏穆，第①暗環(huán)（艾里斑）半徑對出瞳中心張開的角度φ，就是這個系統(tǒng)能分辨開的Z小的角度纷纫，即系統(tǒng)的角度分辨率
注：分辨率對像差的評價并不直接枕扫，所以分辨率并不是一個很好地反映光學(xué)系統(tǒng)的質(zhì)量的指標(biāo)。
對于小像差系統(tǒng)辱魁，（如望遠(yuǎn)物鏡烟瞧、顯微物鏡）的實際分辨率幾乎只與入瞳直徑或數(shù)值孔徑有關(guān)，受像差影響很小染簇，所以分辨率不適宜用來評價高質(zhì)量的小像差系統(tǒng)的像差参滴。
對于大像差系統(tǒng)，分辨率作為的像質(zhì)指標(biāo)有時也不甚適宜剖笙。因為像差主要導(dǎo)致能量分散卵洗，直接影響線條的清晰度，對分辨率的影響則并不顯著。因分辨率與成像清晰度之間并無必然的聯(lián)系过蹂。
此外十绑，實際檢驗條件常與瑞利原始條件不符，使瑞利規(guī)定的分辨率不能很好地反映光學(xué)系統(tǒng)的質(zhì)量酷勺。首先本橙，各種光能接收器分辨亮度對比度的能力有差別，如人眼在照度良好脆诉、界線清楚的情況下能分辨1∶0.95的亮度差別甚亭；
其次，瑞利的規(guī)定是對兩個相等亮度的自身發(fā)光點而言的击胜，并且除兩個發(fā)光點外是沒有背景亮度的亏狰，這也往往與實際情況不符。所以分辨率是一個不很確定的量偶摔，對同一個光學(xué)系統(tǒng)暇唾，隨著測試條件的不同，結(jié)果也不相同辰斋。
4策州，點列圖
由一點發(fā)出的許多光線經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)后，因像差（注意這里不是指因為衍射宫仗，點列圖是忽略衍射效應(yīng)的影響的）使其與像面的交點不再集中于同一點够挂，而形成了一個散布在一定范圍的彌散圖形，稱為點列圖（spot diagram）藕夫。
實驗和實用結(jié)果表明孽糖，在大像差系統(tǒng)的點列圖中，點的分布能近似地代表點像的能量分布汁胆。因此梭姓，用點列圖中點的密集程度可以衡量系統(tǒng)成像質(zhì)量的優(yōu)劣。
為用點列圖來評價成像質(zhì)量嫩码，必須計算大量光線的光路誉尖，且選擇計算的各條光線在瞳面上應(yīng)有合理的分布。通常是把光學(xué)系統(tǒng)入瞳的一半（因光束總對稱于子午面）分成大量等面積的網(wǎng)格元铸题，從物點發(fā)出铡恕，通過每一網(wǎng)格元中心的光線，可代表過入瞳面上該網(wǎng)格元的光能量丢间。所以探熔，點列圖中點的密度就代表了點像的光強度分布。追跡的光線越多烘挫，點越多诀艰，就越能精確地反映點像的光強分布柬甥。
第②類，以光能量的頻譜分布狀況作為質(zhì)量評價的依據(jù)
上述第①類對光學(xué)系統(tǒng)的評價方法是把物點看作是發(fā)光點的集合其垄，并以一點成像的能量集中程度來表征光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量的苛蒲。
光學(xué)傳遞函數(shù)（OTF）：
但對物體結(jié)構(gòu)還可采用另一種分解方法，即分解為各種頻率的譜绿满，也就是將物的亮度分布函數(shù)展開為傅里葉級數(shù)（對周期性物函數(shù)）或傅里葉積分（對非周期性物函數(shù)）臂外，即將物體分解為一系列不同頻率的正弦光柵分布，這些正弦光柵經(jīng)線性系統(tǒng)傳遞到像方時其頻率不變喇颁，但對比度會下降漏健、會發(fā)生相移，并會截止于某一頻率橘霎。于是光學(xué)系統(tǒng)的特性就表現(xiàn)為它對各種頻率的正弦光柵的傳遞和反應(yīng)能力蔫浆，從而建立了另一種像質(zhì)評價指標(biāo)，稱為光學(xué)傳遞函數(shù)茎毁。
光學(xué)傳遞函數(shù)是目前認(rèn)為較好的一種像質(zhì)評價方法克懊，它既有明確的物理意義，又和使用性能有密切聯(lián)系七蜘，可以計算和測量，對大像差系統(tǒng)和小像差系統(tǒng)均可適用墙懂，是一種有效橡卤、客觀而全面的像質(zhì)評價方法。
相關(guān)文獻(xiàn)：《幾何光學(xué) 像差 光學(xué)設(shè)計》（第三版）——李曉彤 岑兆豐
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