من يقرر حل النظام البصري؟

يتأثر دقة النظام البصري بالفتحة والطول البؤري والكاشف ، لكن المعلمات المختلفة تلعب دورًا رائدًا في مستويات مختلفة.

• القرار النظري

تحددها بشكل رئيسي من قبل الفتحة (حد الانعراج). وفقًا لمعيار Rayleigh ، يتم تحديد الدقة الزاوية النظرية للنظام البصري بواسطة الفتحة (D) ، والصيغة هي:

حيث λ هو الطول الموجي للضوء. كلما زادت الفتحة ، كلما كانت المسافة الزاوية الدنيا التي يمكن حلها. على سبيل المثال ، فإن الدقة النظرية للتلسكوب بقطر 1 متر للضوء المرئي (λ =550 nm) حوالي 0. 14 ArcSeconds. الدقة النظرية لتلسكوب Hubble (2.4 متر) حوالي 0. 0 5 Arcsec ، في حين أن تلسكوب جيمس ويب (6.5 م) يمكن أن يصل إلى 0.02 Arcsec.

Rayleigh Criterion: في النظام البصري للتصوير ، تكون القدرة على حل القدرة على قياس صورة كائنين مجازين. بسبب الحيود ، لم تعد الصورة التي شكلها النظام صورة نقطة هندسية مثالية ، ولكنها بقعة (قرص متجدد الهواء) بحجم معين. عندما تكون نقطتان للكائن قريبًا جدًا وتتداخل بقعهما ، قد يكون من المستحيل التمييز بين صور نقطتين للكائن. وهذا يعني أن هناك حد دقة في النظام البصري ، والذي يعتمد عادة المعيار الذي اقترحه رايلي: عندما يتزامن مركز قرص واحد من الدرجة الأولى مع الحلقة المظلمة من الدرجة الأولى من قرص التهوية ، يمكن تمييز صورتين فقط.

• الطول البؤري والقرار المكاني

قم بتحويل الدقة الزاوية إلى مستوى التصوير ، ويقوم الطول البؤري (F) بتحويل الدقة الزاوية إلى دقة الخط على الكاشف (الوحدة: m/pixel):

كلما طالت الطول البؤري ، كلما زاد دقة الخط المقابلة لنفس الدقة الزاوية. على سبيل المثال ، بالنسبة لنظام بطول بؤري يبلغ 12 مترًا ، إذا كانت الدقة الزاوية 0. 1 arcsecond ، تكون الدقة الخطية حوالي 5.8 ميكرون. ومع ذلك ، لا يؤثر الطول البؤري على الدقة الزاوية النظرية ، ولكنه يحدد فقط مقياس التصوير ، أي عدد البكسلات التي يتم توزيع الدقة النظرية في القسم الأول. إذا كان حجم البيكسل ثابتًا ، فكلما طالت الطول البؤري ، سيتم احتلال المزيد من البكسلات بواسطة نفس الكائن على كاشف التلسكوب بنفس الدقة. ومع ذلك ، كلما طالت الطول البؤري وأصغر الفتحة النسبية ، كلما قل طاقة النظام البصري من نفس الكائن. في هذا الوقت ، يجب أن تكون نسبة الإشارة إلى الضوضاء من الكاشف مرتفعة ومدمجة لفترة طويلة. لذلك ، يقتصر الطول البؤري أيضًا على الكاشف.

• الكاشف

يؤثر حجم البيكسل ومعدل أخذ العينات لكاشف "السقف" مع الدقة الفعلية بشكل مباشر على الدقة الفعلية القابلة للتحقيق. الحد من حجم البيكسل: إذا كان حجم بكسل الكاشف أكبر من دقة خط النظام ، فلا يمكن تمييز التفاصيل. على سبيل المثال ، إذا كانت دقة الخط هي 5 ميكرون وحجم البكسل 10 ميكرون ، فإن الدقة الفعلية محدودة بواسطة الكاشف. نظرية أخذ عينات Nyquist: من أجل تحليل الهدف بالكامل ، يجب أن يكون حجم البيكسل أقل من 1/2 من دقة الخط.
هاتان الترددين اللذين نتحدث عنهما غالبًا في التصميم البصري ، أحدهما هو تردد قطع Nyquist والآخر هو التردد البصري.

• ملخص

يتم تحديد الحد النظري للحل بواسطة الفتحة (حد الانعراج) ، ولكن الدقة الفعلية محدودة بسبب الاضطراب الجوي (نظام الأرض) ، الانحراف البصري ، مطابقة الطول البؤري وأداء الكاشف.
إن تطوير العلوم والتكنولوجيا لا ينفصل عن تقدم أدوات البحث العلمي.