使用波像差评价光学系统成像效果的方法

上面介绍的是用几何像差作为评价光学系统成像质量的指标，几何像差的优点是计算简单、意义直观。现在介绍另一种用于评价光学系统质量的指标——波像差。

如果光学系统成像质量理想，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。根据光线和波面之间的对应关系，光线是波面的法线，波面是垂直于光线的曲面。因此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。如果光学系统成像不符合理想，存在几何像差，则对应的实际波面也不再是以理想像点为中心的球面，而是一个一定形状的曲面。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的指标，称为波像差，如图1−35所示。

图1−35　波像差示意图

波面和光线存在互相垂直的关系，因此几何像差和波像差之间也存在着一定的对应关系。可以由波像差求出几何像差，也可以由几何像差求出波像差。在一般光学设计软件中都具有计算波像差的功能，可以方便地计算出已知光学系统的波像差。对像差比较小的光学系统，波像差比几何像差更能反映系统的成像质量。一般认为，如果最大波像差小于四分之一波长，则实际光学系统的质量与理想光学系统没有显著差别，这是长期以来评价高质量光学系统的一个经验标准，称为瑞利标准。(www.xing528.com)

在实际应用中，一般把主光线和像平面的交点作为理想球面波的球心，并使实际波面和理想波面在出瞳坐标原点重合，即出瞳坐标原点的波像差为零。

为了更确切地评价系统的质量，只根据整个波面上的最大波像差值是不够的，还必须知道瞳面内的波差分布，了解不同波差对应的波面面积。因此在有些光学设计软件中，需要输出波面的等高线图，或整个波面的三维立体图，或打印出整个瞳面内的波差分布值。

上述波差显然只反映单色像点的成像清晰度，它不能反映成像的变形——畸变。如果要校正像的变形，仍利用前面的几何像差畸变进行校正。

对色差则采用不同颜色光的波面之间的光程差表示，称为波色差，用符号Wc表示。显然轴上点的Wc代表几何像差中的轴向色差，而轴外点的Wc则既有轴向色差也有垂轴色差。