光谱范围是指可以使用的光谱波长上下限所规定的区间；视场角是光学系统成像范围的度量，视场是空间范围的一个定义；焦距是光学元件和光学系统最重要的光学特性参数；波像差检测的实质是对波前相位的测量，通过与参考波前相位的对比得到波像差；相对孔径是光学系统有效孔径与焦距之比，是光学系统的重要参数之一；在光学系统中，调制传递函数（MTF）被公认为评价成像质量最为精确和最为有效的方法之一，调制传递函数的测试技术也被广泛应用在镜头检测、图像处理和光学系统性能评价等学术及工程领域。

光谱范围是指可以使用的光谱波长上下限所规定的区间。光谱是复色光经过色散系统（如棱镜、光栅）分光后，被色散开的单色光按波长（或频率）大小而依次排列的图案，全称为光学频谱。光波是由原子内部运动的电子受激发后由较高能级向较低能级跃迁产生的。各种物质的原子内部电子的运动情况不同，所以它们发射的光波也不同，因此可以依据光谱研究不同物质的发光和吸收光的情况。发射光谱可以区分为三种不同类别的光谱：线状光谱、带状光谱和连续光谱。线状光谱主要产生于原子，带状光谱主要产生于分子，连续光谱则主要产生于白炽的固体或气体放电。现在观测到的原子发射的光谱线已有百万条了。每种原子都有其独特的光谱，犹如人的指纹一样是各不相同的。根据光谱学的理论，每种原子都有其自身的一系列分立的能态，每一能态都有一定的能量。从发射光谱的研究中可以得到原子与分子的能级结构的知识，包括有关重要常数的测量，原子发射光谱可以广泛地应用于化学分析中。吸收光谱的光谱范围是很广阔的，大约从10纳米到1000微米。在200纳米到800纳米的光谱范围内，可以观测到固体、液体和溶液的吸收，这些吸收有的是连续的，称为一般吸收光谱；有的显示出一个或多个吸收带，称为选择吸收光谱。所有这些光谱都是由于分子的电子态的变化而产生的。选择吸收光谱在有机化学中有广泛的应用，包括对化合物的鉴定、化学过程的控制、分子结构的确定、定性和定量化学分析等。

在光学仪器中，以光学仪器的镜头为顶点，以被测目标的物像可通过镜头的最大范围的两条边缘构成的夹角，称为视场角。在显示系统中，视场角就是显示器边缘与观察点（眼睛）连线的夹角。视场角的大小决定了光学仪器的视野范围，视场角越大，视野就越大，光学倍率就越小。通俗地说，目标物体超过这个角就不会被收在镜头里。

视场角是光学系统成像范围的度量，视场是空间范围的一个定义，空间范围是目标被探测器通过光学系统测得的。视场角就是视场的立体角。视场角的单位为球面度，为了计算方便现在习惯用平面度对其表示。在一般的测量情况下，视场角的大小是由探测器敏感面的大小还有光学系统焦距决定的。将一个圆形的探测元件安装在焦平面上面，然后对其进行测量，测量到的视场会是一个圆锥形的视场，也就是圆锥形的顶点到底部的空间，圆形探测元件就会通过光学系统成像后感知到视场角。

视场角分物方视场角和像方视场角。一般光学设备的使用者关心的是物方视场角。对于大多数光学仪器,视场角的度量都是以成像物的直径作为视场角计算的，如望远镜、显微镜等。而对于照相机、摄像机类的光学设备，由于其感光面是矩形的，因此常以矩形感光面对角线的成像物直径计算视场角，也有以矩形的长边尺寸计算视场角的，也可以使用度量的方法获得视场角参数。度量一般使用形似漏斗的广角平行光管，俗称漏斗仪。在被测镜头的一端，查看广角平行光管底部玻璃平面上的刻度，读取其角度值，其最大刻度值即为该被测光学仪器的视场角。被测镜头可能因焦距不同，导致肉眼不能观测到刻度，可加入一片焦距适当的凸透镜作为辅助镜片察看测量结果。测量时应沿光轴方向前后移动被测镜头，直至观测的角度最大，即为该被测镜头的视场角。相机的测量方法同上，相机测量时可察看取景窗，因数码相机的液晶屏分辨率较低，可查看相机所拍之照片。视场角与焦距的关系：一般情况下，视场角越大，焦距就越短。以下列举几个实例：长焦距镜头视场角窄于40°。镜头焦距2.5mm，视场角为45°左右；镜头焦距5.0mm，视场角为23°左右；镜头焦距7.5mm，视场角为14°左右；镜头焦距10mm，视场角为12°左右；镜头焦距15mm，视场角为8°左右。标准镜头的视场角45°左右，使用范围较广；远摄镜头的视场角在40°以内，可在远距离情况下拍摄；广角镜头的视场角为60°以上，观察范围较大，近处图像有变形。

焦距是光学系统中衡量光的聚集或发散的度量方式，指平行光入射时从透镜光心到光聚集处即焦点位置的距离。亦是照相机中，从镜片中心到底片或CCD等成像平面的距离。具有短焦距的光学系统比长焦距的光学系统有更佳的聚集光的能力。简单地说焦距是焦点到面镜的中心点之间的距离。

焦距是光学元件和光学系统最重要的光学特性参数，因此，在很多光学系统的特性测量和光学系统装调中，它是一个必须精确测量出的量。焦距值测量的准确性直接影响着光学仪器的正确使用和技术性能的充分发挥。同时，它也决定着系统的放大倍率及像面位置，并影响着其他光学参数，如焦距长短与成像大小成正比，与视角大小、景深、透视感的强弱、反差成反比，即焦距越长，成像越大，景角、景深越小，透视感越弱，反差越小等。特别是在摄影系统中，它将直接影响摄影性能的好坏。

一般地，焦距的测量方法有粗略估计法（平行光聚焦法）、放大倍率法、散斑法、光栅法、精密测角法、共轭法（贝塞尔法、位移法、两次成像法、贝塞尔物像交换法）、附加透镜法（成像法）、自准直法、傅里叶频谱变换法等，国际上还有一些矩阵法也可以测量透镜焦距。通常采用的是放大率法和精密测角法。平行光聚焦法是一种粗略测量正透镜焦距的方法；节点法精度高但是需要测节器，整个实验在光具座上进行，由于测节器在结构上以及刻度与光具座不统一，所以将给实验带来困难；精密测角法、莫尔偏折术法、附加接筒法、附加透镜法（仅测负透镜）、傅里叶频谱变换法精度较高，但前两种方法只适合测长焦距透镜，后面的方法测量烦琐，工作量大；共轭法的光路较长，要求移动的间距要大于4倍焦距；莫尔法虽然装置简单，但受到的影响因素很多，误差较大。

波像差检测的实质是对波前相位的测量，通过与参考波前相位的对比得到波像差。波前相位的测量技术按照数学原理可以分为两大类：基于波前斜率的测量技术和基于波前曲率的测量技术。基于波前斜率测量的常见方法有剪切干涉法、哈特曼（Hartmann）法以及由这两种方法衍生出来的类似方法。基于波前曲率测量的有波前曲率传感法和由像面光强分布反推出瞳平面相位分布的方法。除这两类波前相位测量方法以外，还有一种利用相移干涉技术的点衍射干涉波前测量方法。用于投影光刻物镜波像差检测的技术主要有剪切干涉法、哈特曼法以及点衍射干涉法。其中基于干涉原理的波像差检测精度相对较高，可达到λ/100，而传统哈特曼法的检测精度一般仅为λ/20左右。

传统干涉仪主要有泰曼-格林（Twyman-Green）型和菲索（Fizeau）型两大类。它们都需要一个高精度的标准光学面产生参考波前，再与被测波前干涉，进而通过获得的干涉图样还原原始波前或者是面形。改进的干涉仪使用了相移技术，通过在干涉仪的参考光路引入一个随时间变化的相位调制，从测量干涉场中获取的相位差信号中提取3幅以上相移干涉图，采用三步、五步相移法恢复原始波前。这项技术消除了传统干涉测量系统中的系统误差，并在一定程度上减小了电子噪声、振动、气流（缓慢变化）和温度等随机误差的影响。但是，这类干涉仪需要标准光学面产生参考波前，此外还受到标准光学面口径尺寸的限制。

哈特曼检测法最早于1900年提出。在被测系统的出瞳位置放置一个小孔阵列，即哈特曼板，在像平面附近获取光强分布。主要是基于以下原理：按照一定的方式对待测波前上若干位置的子波前取样，当采样点之间的关系已知时，可以再现原始波前。该原理的前提是当子波前相对该位置处的理想波前存在倾斜时，光束将会聚在偏离焦点位置处。因此，通过确定子区域内实际波前会聚点位置与理想波前焦点位置之间的差值，就可以计算出对应子区域的倾斜误差，即为该区域内波前误差的斜率，再经过波前积分重构，可以还原出含误差的子波前。通过对所有子区域内进行该运算，即可获取完整的待测波前误差信息。

点衍射干涉仪的原理是在待测波前的聚焦点位置放置一个吸收模板，这个模板上有一个小针孔或不透明圆盘，用来产生衍射光作为球面参考波前，其他部分的光线通过模板，振幅部分衰减但相位不变，这部分波前作为被测波前。为了使获取的干涉条纹有良好的对比度，通过模板的波前和衍射的球面参考波前需要在观察平面有相近的振幅。这是由模板的透过率和针孔或者圆盘尺寸决定的。同时，球面参考波前的振幅由覆盖针孔或圆盘的光通量决定，而这则是由针孔或圆盘尺寸内波前的变形决定的。通过对获取的干涉图形进行数据处理，即可获得被测波前的信息。

相对孔径是光学系统有效孔径与焦距之比，是光学系统的重要参数之一。有效孔径决定镜头结像的明亮度，影像的明亮度与镜头通光孔径的平方成正比。镜头有效孔径每增大一倍，影像的明亮度、射入光束的截面积和光通量都增加4倍。对于航空航天领域的光学系统，视场覆盖宽度越大，回访周期越短，仪器的时间分辨率就越高；像面照度与相对孔径的平方成正比，相对孔径越大，仪器的集光能力就越强，信噪比也就越高；减小相对孔径会导致光能量不足的问题，并且小相对孔径导致光学传递函数下降。

光学传递函数（OTF）评价光学系统的成像质量，是基于把物体看作是由各种频率的谱组成的，也就是把物体都的光场分布函数展开成傅里叶级数或傅里叶积分的形式。若把光学系统看成是线性不变的系统，那么物体经过光学系统成像，可视为物体经过光学系统传递后，其传递效率不变，但对比度下降，相位发生推移，并在某一频率截止，即对比度为零。这种对比度的降低和相位推移是随频率不同而不同的，其函数关系称为光学传递函数。光学传递函数是反应物体不同频率成分的传递能力的。一般来说，高频部分反映物体的细节传递情况，中频部分反映物体的层次传递情况，低频部分反映物体的轮廓传递情况。

光学传递函数是一个复函数，它在像质评价、光学系统设计以及光学信息处理等方面都有很重要的作用，已被广泛应用于控制光学设计及光学系统的检验。光学传递函数包括两部分调制传递函数（MTF）和相位传递函数（PTF）。其中的“模”是物像频谱对比度之比，反映了光学系统对传递各种频率的传递情况，理想的MTF值是1，取值范围在0到1；PTF是OTF的“幅角”，代表目标物经过光学系统成像后相位的变化。由于相位传递过程对像质的影响较小，所以研究光学系统的成像质量时，一般不考虑相位传递函数的影响，只研究调制传递函数。

在光学系统中，调制传递函数被公认为评价成像质量最为精确和最为有效的方法之一。MTF采用数据分析方法很好地克服了其他方法在主观上评价像质的问题，对以前的各种检测方法进行了相应的补充和完善。因此，调制传递函数的测试技术被广泛应用在镜头检测、图像处理和光学系统性能评价等学术及工程领域。

与其他方法相比，其显著优势在于，用作像质评价指标时，其可靠性仅仅依赖于光学系统是否满足线性空间不变系统的程度，而与物体的具体形式无关，体现的是光学系统的综合效果，包括光学系统的孔径、光谱成分以及像差，反映了系统的传递能力和细节分辨能力，可以用多方位的一维光学传递函数分析处理光学系统，避免了二维处理的烦琐，大大降低了工作量，提高了速度，可以通过设计直接算出结果，也可以对已制成的光学系统进行测量，将实际值与设计期望值或应用需求进行对比，判断光学系统是否合格。调制传递函数的测量方法可分为扫描法、自相关法、互相关法、傅里叶分析法。