角分辨率








瑞利准则,或瑞利判据(Rayleigh criterion)表示了一個光學儀器的角分辨度(Angular resolution),最早由瑞利提出。





瑞利判據


繞射限制了透鏡的分辨度。透鏡的口徑,可以視為單狹縫的2D版本。經過狹縫的光波干涉,形成所謂的愛里衍射圖樣。這引致圖像模糊。圓孔衍射的光強可寫成:


I(θ)=I0(2J1(kRsin⁡θ)kRsin⁡θ)2{displaystyle I(theta )=I_{0}({frac {2J_{1}(kRsin theta )}{kRsin theta }})^{2}}I(theta )=I_{0}({frac  {2J_{1}(kRsin theta )}{kRsin theta }})^{2}


其中R{displaystyle R}R是圓孔半徑,k=2π{displaystyle k=2pi /lambda }k=2pi /lambda λ{displaystyle lambda }lambda 是光波長。J1(x){displaystyle J_{1}(x)}J_{1}(x) 是贝塞尔函数。J1(x)=0{displaystyle J_{1}(x)=0}J_{1}(x)=0的最小正實數解是 x=3.83{displaystyle x=3.83}x=3.83I(θ)=0{displaystyle I(theta )=0}I(theta )=0的最小正實數解就是


θsin⁡θ=1.220λ2R{displaystyle theta approx sin theta =1.220{frac {lambda }{2R}}}theta approx sin theta =1.220{frac  {lambda }{2R}}

這表示了若透鏡和兩個物件之間的夾角少於θ{displaystyle theta }theta ,透鏡的觀察者便無法分辨出有兩個物件。


空間分辨度(spatial resolution):單鏡望遠鏡最小能觀察到的物件的直徑是 l=1.220fλ2R{displaystyle l=1.220{frac {flambda }{2R}}}l=1.220{frac  {flambda }{2R}},其中f{displaystyle f}f是焦距。


在射電望遠鏡陣中,若兩台射電望遠鏡之間的最大距離是B,則約有θ/B{displaystyle theta =lambda /B}theta =lambda /B



視力


一般人的虹膜直徑約為5mm,肉眼對波長約555nm的光最敏感,可以得:


θ1.220555×10−95×10−3=0.000135{displaystyle theta approx 1.220{frac {555times 10^{-9}}{5times 10^{-3}}}=0.000135}theta approx 1.220{frac  {555times 10^{{-9}}}{5times 10^{{-3}}}}=0.000135

在眼科醫生或配眼鏡時所用的斯內倫視力表英语snellen chart,一般正常的肉眼視力,應在6m的距離看到8.8mm的圖像。



θtan⁡θ=dL=8.8×10−36=0.00147{displaystyle theta approx tan theta ={frac {d}{L}}={frac {8.8times 10^{-3}}{6}}=0.00147}theta approx tan theta ={frac  {d}{L}}={frac  {8.8times 10^{{-3}}}{6}}=0.00147(弧度角)


參考


  • http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/Hbase/phyopt/raylei.html



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