光斑

光斑是一个更现实的概念，它克服了焦点的几何概念。光斑不是一个完美的点状分布，而是更大的光斑，被称为艾里斑或艾里图案。这是带圆形孔径的光学系统可聚焦光线的最小光斑。在传感器上产生艾里斑分布是成像系统的最佳情况，说明光学系统在工作时没有像差，只受限于光的衍射。

当光线通过圆形孔径时，会形成一个艾里斑，其特征是同心圆环的强度从中心向外递减。大部分能量都集中在第一个零点内，其计算公式为： 式中为应用波长，为光学器件的 F 数。到第一个零点为止，被包围的能量占 84%。由此得出光斑直径的大小：

如公式所示，艾里斑的直径在很大程度上取决于所使用的测量波长。热成像应用通常使用 8-14 µm 的波段。这表明与视觉成像应用相比，热成像的光斑尺寸更大。如果选择具有典型光谱响应波长的探测器，则只有 F 数可以控制衍射分布的大小。

光斑大小与光学分辨率密切相关。一个衍射受限的光学系统能否分辨出两点取决于它们的艾里模式，而艾里模式的距离必须至少为……。 调制传递函数（MTF）通过比较不同目标大小和距离的对比度来量化这一点。两点之间的 MTF 大于 9% 的系统被认为已经分辨了这两点。在实际应用中，我们可以使用 IFOV 的描述，即该大小的物体必须有两倍于 IFOV 的距离才能获得合适的光学分辨率。这就意味着在两个光点之间必须有一个未被照亮的像素，才能对两个物体的图像进行采样。

产生艾里斑的光学系统称为衍射受限系统。如果波段和 F 数固定不变，这是可以达到的最佳性能。在实际应用中，必须考虑光学系统的像差和光学机械公差，它们对传感器上的成像分布影响很大。以卡尔-施特莱（Karl Strehl）的名字命名的施特莱比（SR）是一个定量指标。它将实际光斑或像差图案的强度与理想的艾里斑进行比较。SR 大于 0.8 表示系统几乎没有衍射限制，而小于 0.8 则表示有明显的像差影响。

在要求极高光学分辨率的应用中，如显微镜或光刻技术，则使用较短的波长，以减小艾里斑直径，提高细节可见度。在使用红外热像仪进行热成像应用时，波段通常为 8-14µm ，特别是在测量室温（T=300 K）下的物体时。普朗克定律描述了黑体发射光谱的特性。使用红外热像仪的竞争性 NETD 测量低温通常仅限于低温红外波段。由于这个原因，改善艾里斑直径的唯一方法就是使用先进的热成像光学器件来获得目标的高光学分辨率。