【科普】光學(xué)成像原理

通天科技

光學(xué)成像原理（幾何光學(xué)視角）
光的直線傳播與理想模型
在幾何光學(xué)近似下，光被看成沿直線傳播的“光線”。當(dāng)光線遇到折射率突變的界面（透鏡、鏡面、空氣-玻璃界面等）時，產(chǎn)生反射或折射，從而改變傳播方向。
三大基本定律
? 直線傳播定律：均勻介質(zhì)中光線沿直線前進(jìn)。
? 反射定律：入射角 = 反射角，且入射光線、法線、反射光線共面。
? 折射定律（斯涅爾定律）：n? sin θ? = n? sin θ?，其中 n 為折射率。
透鏡成像公式（高斯公式）
1/f = 1/u + 1/v
? f：透鏡焦距（匯聚透鏡為正，發(fā)散透鏡為負(fù)）。
? u：物距（實(shí)物為正）。
? v：像距（實(shí)像為正，虛像為負(fù)）。
放大率 M = –v/u（負(fù)號表示倒像）。
實(shí)物與實(shí)像、虛像
? 實(shí)像：光線實(shí)際匯聚形成，可在屏上接收。
? 虛像：光線反向延長線匯聚形成，不可在屏上接收，但人眼可見。
薄透鏡的作圖法則
? 平行于光軸的光線 → 經(jīng)透鏡后過（或反向延長線過）像方焦點(diǎn)。
? 過物方焦點(diǎn)的光線 → 經(jīng)透鏡后平行于光軸。
? 過光心的光線 → 不偏折（或僅平移，忽略厚度）。
光學(xué)系統(tǒng)像差（實(shí)際限制）
? 球差：離軸與近軸光線焦點(diǎn)不重合。
? 彗差：離軸點(diǎn)像呈彗星狀。
? 色差：不同波長折射率差異導(dǎo)致焦點(diǎn)分離。
? 場曲、畸變、像散等。
現(xiàn)代光學(xué)設(shè)計(jì)通過多片非球面、低色散玻璃、衍射元件等抑制像差。
波動光學(xué)補(bǔ)充
當(dāng)孔徑或結(jié)構(gòu)尺度接近波長 λ 時，需用波動光學(xué)：
? 衍射極限：最小可分辨角 θ ≈ 1.22 λ/D（瑞利判據(jù)）。
? 干涉：多光束相干疊加產(chǎn)生對比度。
? 相干性、點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)（PSF）決定最終分辨率。

青皮橘子

樓主的分析很客觀，值得我們借鑒。

9549872678@23

樓主對儀器精度/設(shè)備性能的分析太透徹了，受益匪淺～

第二人生

你的評論一針見血，佩服！

一人行

這個帖子讓我學(xué)到了不少新知識，太有用了！

入秋微微涼

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