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衍射极限
爱特蒙特光学有限公司。

衍射极限

成像资源指南3.1章节

Diffraction Limit

每个镜头都具有物理定律决定的绝对性能上限。该限制受镜头的工作f/#以及穿透镜头的光线的波长控制,被称为衍射极限,以线对/mm的形式提供。它可以确定镜头理论上的最大解析能力。即使不受设计因素限制的完美镜头也具有衍射极限。该限制是指两个艾里斑图案(分辨率与对比度限制:艾里斑)不再能互相区分开的点。要计算衍射极限,可以使用一个简单的公式,将其与镜头的f/#和光线波长关联起来。请在f/# (镜头光圈/孔径设)了解更多关于f/#的信息。

(1)$$ \text{衍射限制} \left[ \tfrac{\text{lp}}{\text{mm}} \right] = \frac{1000 \tfrac{  \large{\unicode[arial]{x03BC}} \text{m}}{\text{mm}}}{\left( f/ \# \right) \times \text{波长}\left[ \large{\unicode[arial]{x03BC}}  \text{m} \right]} $$

达到衍射极限后,镜头将无法解析更大的频率。表1中详述的衍射极限显示了给定频率在对比度为0%时的情况。这些数值可能看起来很高,但却是严格从理论出发的–还必需考虑各种其他实际因素。首先,一般来说,成像传感器不能再现对比度等于或接近0%时的信息。由于其固有噪音,对比度通常需要高于10%才能在标准成像传感器上可靠检测到。为了避免导致成像复杂化,建议在应用的临界lp/mm分辨率下将对比度目标设为20%或更高。此外,与制造公差关联的镜头像差和变型也会降低性能。调制传递函数(MTF)曲线用于确定镜头是否会有效利用传感器功能并满足所需的应用需求。

f/#0.520μm时对比度限制(lp/mm)为0%
1.4 1374
2 962
2.8 687
4 481
5.6 343
8 240
11 175
16 120

表 1: 在不同f/#下针对0.520μm光线(绿光)计算得出的衍射极限。

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