
在光學領域中,"焦深"(Depth of Field, DOF)是一個描述成像系統清晰成像範圍的關鍵參數。以下從漢英詞典角度對其詳細解釋:
焦深指光學系統(如鏡頭)在保持成像清晰的前提下,成像面(如感光元件)可允許的軸向移動距離。當物距固定時,它反映了像平面在光軸方向上能容忍的偏移量而不引起顯著模糊。其大小與系統數值孔徑(NA)和光波長(λ)直接相關,計算公式為: $$ delta = frac{lambda}{2NA} $$ 其中 $delta$ 代表焦深,$NA$ 為數值孔徑,$lambda$ 為波長。
英文術語"Depth of Field" (DOF) 在專業語境中定義為:
The distance range over which an optical system produces acceptably sharp images of an object, measured along the optical axis.
(光學系統沿光軸方向能生成可接受清晰圖像的物方距離範圍)
需注意區分:
兩者常被混淆,但嚴格屬于共轭關系。
NA越大(如高倍顯微鏡),焦深越淺,對調焦精度要求越高。
使用短波長光源(如紫外光)會減小焦深,適用于高分辨率成像。
Smith, W. J. Modern Optical Engineering. McGraw-Hill. (定義與公式推導)
ISO 9334:2022 Optics and photonics — Optical transfer function — Definitions and mathematical relationships (術語規範化)
SPIE (International Society for Optics and Photonics) Optics Encyclopedia (應用案例解析)
通過上述維度,"焦深"的概念得以從漢英雙視角完整闡釋,其物理本質、計算邏輯及實踐意義均符合專業領域的權威表述。
焦深(Depth of Focus)是光學成像系統中的重要概念,主要描述像平面允許移動的範圍,同時保持成像清晰度。以下是詳細解釋:
焦深指光學系統像平面沿光軸移動時,成像仍保持清晰的允許範圍。根據瑞利準則,當像面移動導緻的波像差不超過四分之一波長時,系統仍視為完善成像,此範圍即為焦深。例如顯微鏡觀察時,焦點對準物體後,上下一定厚度内的清晰層即焦深。
低權威來源提到顯微鏡中常用Berek公式估算肉眼觀察的焦深範圍: $$ pm D.O.F. = frac{omega times 250,000}{N.A. times M} $$ (其中$omega$為人眼分辨率,$M$為總放大倍數),但具體參數需結合實驗驗證。
焦深是評估光學系統成像容錯性的關鍵參數,尤其在顯微成像和精密光學設計中需重點關注。實際應用中需平衡焦深與分辨率的關系,根據需求選擇合適的光學參數。
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