La resolución del sistema óptico está influenciada por la apertura, la longitud focal y el detector, pero los diferentes parámetros juegan un papel principal en diferentes niveles.
- Resolución teórica
Principalmente determinado por la abertura (límite de difracción). Según el criterio de Rayleigh, la resolución angular teórica del sistema óptico está determinada por la abertura (D), y la fórmula es:
Donde λ es la longitud de onda de la luz. Cuanto mayor sea la abertura, menor es la distancia angular mínima que se puede resolver. Por ejemplo, la resolución teórica de un telescopio con un diámetro de 1 metro para luz visible (λ =550 nm) se trata de 0. 14 ArcSeconds. La resolución teórica del telescopio Hubble (2.4m) se trata de 0. 0 5 ArcSec, mientras que el de James Webb Telescope (6.5m) puede alcanzar 0.02 arcsec.
Criterio de Rayleigh: en el sistema óptico de imágenes, el poder de resolución es la capacidad de medir la imagen de dos objetos adyacentes. Debido a la difracción, la imagen formada por el sistema ya no es una imagen de punto geométrico ideal, sino un punto (disco aireado) con cierto tamaño. Cuando dos puntos de objeto están demasiado cerca y sus puntos se superponen, puede ser imposible distinguir las imágenes de dos puntos de objeto. Es decir, hay un límite de resolución en el sistema óptico, que generalmente adopta el criterio propuesto por Rayleigh: cuando el centro de un disco aireado coincide con el anillo oscuro de primer orden de otro disco aireado, solo se pueden distinguir dos imágenes.
- la distancia focal y la resolución espacial
Convertir la resolución angular en el plano de imagen, y la distancia focal (f) convierte la resolución angular en la resolución de línea en el detector (unidad: m/píxel):
Cuanto más larga sea la distancia focal, mayor es la resolución de línea correspondiente a la misma resolución angular. Por ejemplo, para un sistema con una longitud focal de 12 metros, si la resolución angular es 0. 1 ArcSecond, la resolución lineal es de aproximadamente 5.8 micras. Sin embargo, la distancia focal no afecta la resolución angular teórica, sino que solo determina la escala de imagen, es decir, cuántos píxeles se distribuye la resolución teórica en la primera sección. Si el tamaño del píxel es fijo, cuanto más larga sea la distancia focal, más píxeles estarán ocupados por el mismo objeto en el detector del telescopio con la misma resolución. Sin embargo, cuanto más larga sea la distancia focal y menor es la apertura relativa, menos energía se recolecta el sistema óptico del mismo objeto. En este momento, la relación señal / ruido del detector debe ser alta e integrada durante mucho tiempo. Por lo tanto, la distancia focal también está limitada por el detector.
- el detector
El tamaño del píxel y la tasa de muestreo del detector de "techo" con resolución real afectan directamente la resolución alcanzable real. Limitación del tamaño de píxeles: si el tamaño de píxel del detector es mayor que la resolución de la línea del sistema, los detalles no se pueden distinguir. Por ejemplo, si la resolución de línea es de 5 micras y el tamaño de píxel es de 10 micras, la resolución real está limitada por el detector. Teorema de muestreo de Nyquist: para analizar completamente el objetivo, el tamaño del píxel debe ser inferior a 1/2 de la resolución de la línea.
Estas son las dos frecuencias de las que a menudo hablamos en el diseño óptico, una es la frecuencia de corte Nyquist y la otra es la frecuencia de corte óptico.
- Resumen
El límite teórico de resolución está determinado por la abertura (límite de difracción), pero la resolución real está limitada por la turbulencia atmosférica (sistema de tierra), la aberración óptica, la coincidencia de longitud focal y el rendimiento del detector.
El desarrollo de la ciencia y la tecnología es inseparable del progreso de los instrumentos de investigación científica.
