相机镜头分辨率的极限

大自然给所有光学设备的分辨率定了一个上限，叫做“衍射极限”（Diffraction Limit），不同光学设备的“衍射极限”是不同的，但再怎么复杂先进的设备的性能，都不可能超过这个极限，除非太阳西边出。“衍射极限”有不同的表现方式，常见的有

1　聚焦点。当然越小越好，但不可能小过“衍射极限”。比如一个长焦距镜头的“衍射极限”聚焦点可能是100微米，一个短焦距镜头的“衍射极限”聚焦点可能是10微米。计算衍射极限并不复杂，但在这里讲还是太啰嗦了点。

2　调制传输函数 （Modulation Transfer Function），是衡量光学设备保持光学信息不失落的能力，函数=100%，表示信息没任何失落。但“衍射极限”给每个光学设备定出了函数值，比如70%，表示光通过这个设备时至少有30%的信息要失落。

军用光学设备的分辨率常常很接近“衍射极限”。而民用光学设备的分辨率往往差很多。网上查了下，售价1万美元的Noctilux镜头的分辨率接近衍射极限了。售价上千美元的Summicron镜头在40条线对的调制传输函数值只有“衍射极限”的60%左右。从一个专业镜头设计者的角度来看，这些上千美元的镜头实在是马马虎虎的东西，远谈不上高技术。

技术上说，广角镜要分辨率高用非球面镜效果会很好，Noctilux镜头就用了，但非球面镜很贵。一般的镜头为了控制价格，不会用非球面镜。

“衍射极限”的根源是光的波-粒两象性，是量子物理“测不准”原理在光中的体现。

所有跟帖： 

• 也就是说，小于几微米的东东，再好的照相机也照不出来了，对吧？ -还是没笔名- ♂ (0 bytes) () 09/02/2011 postreply 08:21:08

• 不是。光圈很大的镜头（比如零点几）的衍射极限可以小于1微米 -二泉映月09- ♂ (0 bytes) () 09/02/2011 postreply 08:23:20

• 衍射极限也反比于波长。所以集成电路光刻设备都用紫外线来提高光刻密度。 -二泉映月09- ♂ (0 bytes) () 09/02/2011 postreply 09:15:33

• 谢谢分享.... -大明堂- ♂ (0 bytes) () 09/02/2011 postreply 08:25:48

• 问个问题: 怎么设计能提高相机镜头的分辨率 -大明堂- ♂ (0 bytes) () 09/02/2011 postreply 08:28:03

• 是不是主要是选用的玻璃的材料, 和打磨加工的工艺... -大明堂- ♂ (0 bytes) () 09/02/2011 postreply 08:31:41

• 不同玻璃材料的主要作用是消色差，但对消球差和其他Aberration也有点用 -二泉映月09- ♂ (89 bytes) () 09/02/2011 postreply 08:37:57

• 第一是增大光圈，衍射极限和光圈成反比 -二泉映月09- ♂ (251 bytes) () 09/02/2011 postreply 08:34:49

• 谢谢, 是不是这样的: -大明堂- ♂ (148 bytes) () 09/02/2011 postreply 08:44:41

• 完全正确！打磨球面镜的工艺现在全世界都差不多 -二泉映月09- ♂ (173 bytes) () 09/02/2011 postreply 08:49:31

• 非常感谢, 最后一个问题: 怎么查看镜头的分辩率的数据... -大明堂- ♂ (0 bytes) () 09/02/2011 postreply 08:51:31

• Leica等镜头好像根本不给分辨率，畸变（直线变弯）等数据。 -二泉映月09- ♂ (128 bytes) () 09/02/2011 postreply 08:59:55

• 长学问了，谢 -道明- ♂ (0 bytes) () 09/02/2011 postreply 08:30:15

• 谢谢科普。 -心碎得跟饺子馅似的- ♀ (60 bytes) () 09/02/2011 postreply 08:44:33

• 对！一个粒子要测准其位置，就必得干扰其速度。反之亦然。 -二泉映月09- ♂ (0 bytes) () 09/02/2011 postreply 08:50:49

• 谢谢。 -心碎得跟饺子馅似的- ♀ (0 bytes) () 09/02/2011 postreply 09:03:19