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。
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(kRsinθ)kRsinθ)2{displaystyle I(theta )=I_{0}({frac {2J_{1}(kRsin theta )}{kRsin theta }})^{2}}
其中R{displaystyle R}是圓孔半徑,k=2π/λ{displaystyle k=2pi /lambda },λ{displaystyle lambda }是光波長。J1(x){displaystyle J_{1}(x)} 是贝塞尔函数。J1(x)=0{displaystyle J_{1}(x)=0}的最小正實數解是 x=3.83{displaystyle x=3.83},I(θ)=0{displaystyle I(theta )=0}的最小正實數解就是
- θ≈sinθ=1.220λ2R{displaystyle 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 },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}}},其中f{displaystyle 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=λ/B{displaystyle 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:
- θ≈1.220555×10−95×10−3=0.000135{displaystyle 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,一般正常的肉眼視力,應在6m的距離看到8.8mm的圖像。
θ≈tanθ=dL=8.8×10−36=0.00147{displaystyle 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