【科普】光學成像原理

通天科技

光學成像原理（幾何光學視角）
光的直線傳播與理想模型
在幾何光學近似下，光被看成沿直線傳播的“光線”。當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：均勻介質中光線沿直線前進。
? 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，發散透鏡為負）。
? u：物距（實物為正）。
? v：像距（實像為正，虛像為負）。
放大率 M = –v/u（負號表示倒像）。
實物與實像、虛像
? 實像：光線實際匯聚形成，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 → 經透鏡后過（或反向延長線過）像方焦點。
? 過物方焦點的光線 → 經透鏡后平行于光軸。
? 過光心的光線 → 不偏折（或僅平移，忽略厚度）。
光學系統像差（實際限制）
? 球差：離軸與近軸光線焦點不重合。
? 彗差：離軸點像呈彗星狀。
? 色差：不同波長折射率差異導致焦點分離。
? 場曲、畸變、像散等。
現代光學設計通過多片非球面、低色散玻璃、衍射元件等抑制像差。
波動光學補充
當孔徑或結構尺度接近波長 λ 時，需用波動光學：
? 衍射極限：最小可分辨角 θ ≈ 1.22 λ/D（瑞利判據）。
? 干涉：多光束相干疊加產生對比度。
? 相干性、點擴散函數（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

這個帖子讓我學到了不少新知識，太有用了！