Re: [爆卦] 像差再見！博士生解決長達2000年的光學
※ 引述《KanzakiHAria (神崎・H・アリア)》之銘言：
: 像差再見！博士生解決長達2000年的光學問題
: 2018年墨西哥國立自治大學（UNAM）2位博士生解決長達2000年的問題，並發
: 表在Applied Optics期刊上。他們提出鏡片的曲率公式，之後以電腦模擬500條
: 光學路徑，得到滿意的數值結果。在公式中他們給了根據透鏡第一個表面，所
: 對應的第二個非球面表面的形狀以及距離，第二表面變化的曲率將能校正像
: 差。如何？這個研究結果是不是讓能你期待未來擁有供更便宜，更好的鏡頭？
大家好, 我又來科科科科科科普了.
這個墨西哥大學的研究其實有兩篇.
第一篇消除球面像差, 第二篇還更進一步消除散光.
但是我們今天要科普兩件事.
第一件就是, 這個研究突破的關鍵性.
第二件是, 這個關鍵突破的雞肋性.
我們先從關鍵突破說起, 光學是人類已知三種最精準的理論之一.
另外兩個理論, 一個叫牛頓重力論, 另一個叫量子電動力學.
但鄉民們不要覺得理論厲害, 於是工程就也很厲害, 沒這回事.
現代光學產業事實上是一種試誤法的集合體.
我寫幾個名詞嚇嚇眾鄉民...
譬如 FDTD, 從波動性質出發的有限元素法, 萬法之法.
譬如 Monte Carlo ray tracing, 照明產業的重裝武力.
又譬如 optical sensitivity analysis, 大立光最強的秘密武器.
還有什麼 scattering matrix analysis, 做雷射跟共振腔用的.
什麼 beam propagation method, 做顯微鏡跟蝕刻機用的.
諸如此類的方法一大堆.
它們都有個共同的特性, 都是一種「猜答案」的共犯結構.
怎麼樣的猜答案呢? 因為光學理論很準嘛.
實務上都是根據設計需求猜一組結果, 再靠理論算看看猜對了沒.
譬如說, 你知道 251*251 = 63001, 這不必猜, 直接算得出來.
但是要鄉民們把 63001 拿來開根號, 那就得「猜」一下.
像是先猜猜數字介於 200 到 300 之間...
光學產業發展出一大堆猜答案的技巧.
想像一下我是 NASA, 跑來鄉民開的公司, 說...
你好, 我要做一個可以從近地軌道上面監視鄰居在洗澡的光學鏡頭.
嗯對, 規格是「纖毫畢現」, 體積不可以超過十公升.
鄉民們接到這個大單之後怎麼辦? 不要懷疑, 就是猜.
從 Leica, Zeiss, 大立光, Nikon, Canon 一路猜到五股路邊的光學廠.
跟你找一個室內設計師討論「室內設計」的場景有 87% 相似度.
光學廠也在猜, 十公升的體積裡面可以如何安排元件和光路.
不過跟室內設計畢竟還是有點不同, 室內設計可能沒有標準答案.
但是光學廠雖然都不知道答案是什麼, 卻一定會知道「猜對了沒」.
就像 248 並不是 63001 開根號, 因為乘看看就知道錯了.
而這篇研究說: 不必猜! 你告訴我, 你想做什麼? 我告訴你答案是什麼.
這就厲害了!
有些鄉民會說, 論文那個透鏡什麼鳥形狀, 最好做得出來!?
我要跟鄉民們說, 那個形狀再怎麼樣都不是重點...
這組能夠告訴你「你要找的答案在這裏, 而且很蠢」的公式才是重點.
公式雖然醜, 但是它可以微分, 可以積分, 可以變分...
甚至拿去做 CNN/DNN 學習看看「有沒有比較不蠢的設計」也可以.
但是呢, 這麼厲害的東西發在 applied optics 很奇怪.
也不是說 AO 不好, 它也是老牌的光學期刊.
然而 AO 近年來很有一點自己在旁邊玩沙的感覺.
偏偏這種等級的發現去投 Nature Photonics 搞不好都會上啊!!
問題出在這個公式所解決的困擾很雞肋.
叫做「消除理想點光源所形成的像差」.
天空中很多星星對不對?
很小也很難拍, 天文學家一輩子都在研究怎麼拍星星.
最近最熱門的話題叫做「我們拍到了黑洞」.
這個研究說, 我們可以幫你把星星拍得很清楚.
比這個世界上所有已知的設計都要更清楚, 不錯吧!?
不過呢, 很抱歉一次只能拍一顆, 僅限一顆.
照片中不能拍到第二顆以上哦, 因為第二顆會干擾底片上的成像.
很無奈, 對吧? 那既然只能拍一顆的話, 我們拿來拍月亮如何?
抱歉, 也不行, 月亮或太陽都太大了, 不是點光源.
雪上加霜的是, 消除點光源的像差這種事情實在太簡單了.
幾百年來雖然沒有公式解, 但是靠黑手的土法煉鋼也煉得出來.
Leica 這黑店會拿來賣你的, 都是色彩還原度這麼抽象的鬼東西.
至於單一點光源的像差? 只有玩具透鏡會處理不好.
所以呢, 這個研究就尷尬了; 不過它還是很有趣就是了.
科普完畢.
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新詩練習：新鮮。踩破初春裡的狗大便；不經意的滄桑，滿溢著嫩黃的喜悅。
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