光学原理回顾：光学系统中重要的参数

结合课程笔记与过往资料，本篇深入探讨光学系统中关键的参数。在上一篇文章中，我们总结了光学系统整体上的重要参数，本文将延续这一主题，对光学系统中的关键参数进行详细归纳。

首先，我们探讨光学系统中的共轭关系。一个成像的光机系统，光从“前门”（入瞳）进入，通过系统后从“后门”（出瞳）出来。这反映了一种颠倒的关系，即入瞳与出瞳与光机系统“前门”“后门”间的关系。共轭关系对于物与像之间点与点的对应至关重要。物与像之间的关系主要由横向放大倍率和光瞳放大倍率这两个参数决定。横向放大倍率衡量垂直于光轴的平面上物与像的放大比例，而光瞳放大倍率则反映了出瞳与入瞳直径的比值，直接影响最终成像的光强与对比度。

在讨论完美成像时，我们关注像差的限制。像差，即成像品质的缺失，是实际光强传播与几何光路关系不完全一致的结果。如镜组孔径过小，可能导致成像面（CMOS）上中心光强高于边缘光强。此外，完美成像需要满足高解析度、高对比度和色彩真实的条件。高解析度要求系统分辨较高空间频率，以减小衍射效应；高对比度则通过定义对比度公式来衡量影像清晰度；色彩真实以人眼感知作为标准，通过数学方式定义色彩空间（如CIELAB、CIEXYZ）来实现。

为了实现完美成像，我们需要改进光机系统以抵抗像散、场曲和畸变。像散和场曲是成像平面上的光点位置偏离物像对应关系的现象，畸变则表现为成像水平方向的形状变形。设计中应努力减少这些像差，特别是在光学系统的边缘区域，保证解析度的一致性。例如，IMAX影院屏幕通过设计来抵抗场曲，而一些台湾设计的傻瓜相机通过曲面底片盒来抵抗镜头设计的场曲问题。

最后，我们探讨像差的分类。像差分为几何像差与色散像差。几何像差分析单波长光线在光学系统中，由于透镜表面不同位置折光能力差异引起的偏离现象。色散像差则关注不同波长光线在透镜介质中的折射率差异导致的偏离现象。除了上述像差类型，还有更多阶次的像差分析，旨在更精确地描述光学系统中的成像质量。

总体而言，理解光学系统中的关键参数对于实现完美成像是至关重要的。从共轭关系到像差分析，每一个细节都影响着成像质量。在追求完美成像的旅程中，深入研究这些参数及其相互关系，将帮助我们设计出性能卓越的光学系统。