Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика
§ 134. Разрешающая сила оптических инструментов
жүктеу/скачать 6,71 Mb. Pdf көрінісі
|
| § 134. Разрешающая сила оптических инструментов. Изло-
женное выше показывает, что отверстие, о г р а н и ч и в а ю- щ е е проходящую световую волну, обусловливает дифракцию света и приводит к сложной картине распределения освещенных и темных мест. Однако всякий оптический инструмент, в том числе и наш глаз, снабжен линзами или зеркалами, которые всегда ограничивают волновой фронт. Таким образом, следует ожидать, что при получении изображения с помощью оптической системы мы всегда будем иметь дифракционную картину. Действительно, подробный расчет и опыт показывают, что изображение светящейся точки при помощи объектива представ- ляет собой не просто яркую точку на темном фоне, а довольно сложную систему темных и светлых колец, переходящих друг в друга и постепенно сливающихся с окружающим темным фоном (рис. 277). Чем б о л ь ш е диаметр объектива, дающего изоб- ражение, тем м е л ь ч е эта дифракционная картина, т. е. тем теснее располагаются дифракционные кольца. Обычно мы не замечаем этого осложнения и считаем, что изображение светя- щейся точки есть просто светлая точка. Однако это осложне- ние всегда имеет место и при более тщательных наблюдениях может быть обнаружено. От него нельзя избавиться никаким устройством объектива, ибо оно обусловлено самой в о л н о в о й п р и р о д о й с в е т а. Интересно отметить, что степень д и ф р а к ц и о н н о г о и с к а ж е н и я уменьшается по мере увеличения диаметра объ- ектива (рис. 278); наоборот, искажения, обусловленные погреш-
342 Гл. XIV. Дифракция света ностями объектива, например сферической аберрацией, тем боль- ше, чем больше его диаметр (см. § 104). Для фотообъективов обычно погрешности объектива играют б´ ольшую роль, чем искажения, вносимые дифракцией. Поэтому уменьшение диаметра объекти- ва (диафрагмирование), которое уменьшает роль этих погрешно- стей, обычно улучшает резкость изображения. Но при достаточ- но малых отверстиях искаже- ние вследствие дифракции нач- нет перевешивать. Погрешности Рис. 277. Изображение светяще- гося диска (например, планеты), полученное с помощью телеско- па (дифракционная картина) Рис. 278. Уменьшение дифрак- ционных искажений изображе- ний по мере увеличения диа- метра объектива (сверху вниз) очень хороших астрономических объективов настолько малы, что основное искажение вносит дифракция, несмотря на то, что эти объективы имеют обычно значительный диаметр (10 см и больше). Наличие дифракции ставит предел возможности распозна- вать при помощи оптического инструмента д е т а л и п р е д м е- т а. Пусть, например, мы рассматриваем в телескоп две звезды, расположенные на малом угловом расстоянии друг от друга
Гл. XIV. Дифракция света 343
(рис. 279). В случае совершенного телескопа мы должны бы- ли бы, согласно законам геометрической оптики, получить два четких, близко расположенных точечных изображения. Дифрак- ция же приводит к тому, что вместо двух раздельных точек мы получаем картину в виде двух систем светлых и темных колец (рис. 279 снизу). Рис. 279. К понятию раз- решающей силы телескопа; OM , ON — направления на две близкие звезды, ϕ — угловое расстояние между звездами, LL — объектив телескопа. Внизу схемати- ческое негативное изобра- жение Если центры этих систем близ- ко расположены (близкие по на- правлению звезды) и кольца не очень мелки (небольшой объектив трубы), то изображения накладыва- ются, давая картину, мало отлича- ющуюся от системы колец, окружа- ющих изображение одиночной звез- ды. По этой картине установить раздельное положение двух звезд становится невозможно: прибор не способен разделить две столь близкие звезды. Итак, способность оптического прибора к различению деталей ограничена волновой при- родой света. Эту способность объ- ектива принято называть его раз-
шего диаметра обладают большей разрешающей силой. Так, телескоп с диаметром объектива 12,5 см мо- жет разрешить две звезды, находя- щиеся на угловом расстоянии 1 с
,
па позволяет различать две звез- ды, отстоящие на 0,25
. Таким об- разом, в большой телескоп мож- но иногда рассмотреть отдельные близкие звезды (звездные скопле- ния), которые для малого телеско- па сливаются в общее светящееся пятно и неотличимы от туманно- стей. Этим объясняется стремление строить телескопы с большими объективами. Другая причина указана в § 119. Это ограничение в способности распознавания деталей отно- сится и к человеческому глазу, диаметр зрачка которого около
344 Гл. XIV. Дифракция света 2–4 мм. Поэтому глаз разрешает светящиеся точки, если угловое расстояние между ними около одной минуты 1 ). Аналогичные соображения кладут предел и разрешающей силе микроскопа (§ 116), где также размер объектива ограничивает пучки, участ- вующие в построении изображения. Разрешающую силу оптического прибора нельзя смешивать с его увеличением (см. § 102). Если увеличенное изображение, полученное при помощи какого-нибудь оптического прибора, рас- сматривать при помощи другого оптического прибора, то увели- чение можно сделать сколь угодно большим. Однако это не по- высит разрешающую силу системы инструментов. Действитель- но, изображение, полученное при помощи первого инструмента, будет содержать только такие детали, которые могут появиться при его разрешающей силе. Дальнейшее увеличение этого изоб- ражения, на котором отсутствуют более мелкие детали, конечно, не может их восстановить, а может лишь смазать некоторые детали первого изображения; следовательно, разрешающая сила всей совокупности инструментов не может быть больше разре- шающей силы худшего из них.
жүктеу/скачать 6,71 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|