Felbontóképessége

Az optikában a felbontóképesség kifejezés a finom szerkezetek megkülönböztethetőségére utal , például arra a minimális távolságra, amellyel két pontszerű objektumnak rendelkeznie kell ahhoz, hogy különálló objektumként érzékelje őket. Számszerűsíthető szögtávolság ( szögfelbontás ) megadásával vagy az alig elválasztható szerkezetek közötti távolság megadásával. A kontrasztátviteli függvény leírja a felbontás függését a kontraszttól .

szem

A szabad szem felbontása személyenként nagyon eltérő lehet. A normál látással rendelkező felnőttek még mindig tisztán látják azokat a dolgokat, amelyek a szem körülbelül 10 cm -en belül mozognak, de csak rövid ideig, mivel hamarosan fáradtság lép fel. A szállás hosszú távon túl megerőltetővé válik. A legtöbb felnőtt 25 cm távolságból láthat egy tárgyat. Ezt a távolságot ezért hagyományos látótávolságnak vagy referencia látótávolságnak nevezik . Itt a szem képes elérni a legjobb térbeli felbontást hosszabb ideig. Ezen a távolságon néhány ember még mindig meg tudja különböztetni a szerkezeteket 0,15 mm távolságban. Ez körülbelül 2 ívperces látószögnek felel meg  . Más emberek viszont csak 0,3 mm vagy 4 szögperces távolságban különböztetnek meg szerkezeteket. Ha a tárgyat 25 és 10 cm között tartja a szem közelében, akkor ennek megfelelően jobb térbeli felbontás érhető el rövid ideig. Ellazult szemekkel és nagyobb távolságokkal, több métertől a végtelenig az emberi szem tipikus szögfelbontása 1 szögperc, ami 1 -es látásélességnek felel meg .

Gyenge kontrasztokkal és a látómező széle felé a látásélesség észrevehetően csökken .

Optikai műszerek

lásd még: felbontás (fényképezés) és felbontás (mikroszkópia) , valamint a távcső jellemzése

Az olyan optikai eszközök, mint a teleszkópok vagy mikroszkópok, kibővítik a szem lehetőségeit - mind a felbontóképességét, mind a fényerő érzékelését tekintve. Ez utóbbit kizárólag a rekesz (az objektív nyitása) határozza meg. Vizuális megfigyelések esetén a teleszkóp vagy mikroszkóp nagyítása hasznosan növelhető mindaddig, amíg az optikai eszköz szögfelbontása hozzá nem igazodik az emberi szeméhez. Az egyik a hasznos nagyításról beszél . A túl nagy nagyítást, amelynél a vizuális kontraszt túl alacsony lesz, holt nagyításnak vagy üres nagyításnak nevezzük . Ebben az esetben a kép csak nagyobbnak tűnik, de további részletek nem láthatók.

A felbontása optikai műszerek úgy korlátozza a diffrakciós (úgynevezett diffrakciós korlátozás , lásd diffrakciós lemezek ). Annak érdekében, hogy két pontforrást el lehessen választani diffrakciókorlátozott műszerrel, például a Rayleigh-kritérium használható .

A felbontási képessége mikroszkópok ismertetjük részletesen itt . Ez a használt objektív numerikus rekeszétől és a megfigyelési hullámhossztól függ . 0,55 mikrométeres megfigyelési hullámhossznál (zöld fény), 0,1, 0,65 és 1,4 numerikus rekeszértékű objektíveknél például 2,75, 0,423 és 0,196 mikrométeres felbontást kapunk. Meg kell jegyezni, hogy az 1,4 -es numerikus rekesznyílás a mikroszkóp objektívjeinek maximális értéke; ennek megfelelően a zöld fénynél kb. 0,2 mikrométeres maximális felbontás érhető el. Annak érdekében, hogy szabad szemmel lásson ilyen kis szerkezeteket, kb. 1000 nagyításnak van értelme. A nagyítás a mikroszkópban állítható az objektív és a szemlencse kombinálásával.

A fény és az anyag közötti nemlineáris kölcsönhatások alkalmazásával, mint például a festékátmenetek telítettsége STED mikroszkópiában, vagy a festékek be- és kikapcsolása a fotoaktivált lokalizációs mikroszkópiában (PALM), a felbontás tovább növelhető. A STED módszerrel jellemzően 20-30 nanométeres felbontást érnek el. A további fejlesztések 2016 -ban körülbelül 1 nanométeres felbontást eredményeztek.

A szonda mérete az atomerő-mikroszkópiában (felbontások a szub nanométeres tartományban) vagy az optikai közeli mezőmikroszkópiában (20 nanométer körüli felbontások) szintén meghatározhatja és tovább növelheti a felbontást.

Abban az esetben, nagy beiépőpupiiia az optikai rendszerek , a felbontás általában nincs korlátozva diffrakciós, hanem a nyílás hibákat. Ezeket leállítással csökkenteni lehet , így a kritikus megállásnál optimális felbontás érhető el .

A levegő turbulenciája ( látás ) általában a földi távcsövek felbontását ( szögfelbontását ) körülbelül 1 hüvelykre korlátozza . A nagyobb távcsövek itt nem eredményeznek automatikusan jobb felbontást. Ahhoz, hogy ezek a földi távcsövek elérjék maximális felbontásukat, speciális technikákra van szükség, például adaptív optikára vagy pöttyös interferometriára . A Hubble űrteleszkóp látható hullámhosszon körülbelül 0,05 ″ felbontást ér el, mivel a zavaró légkör megszűnik, de kevesebb fényt gyűjt, mint a föld felszínének legnagyobb távcsövei.

A látáshatások csökkenthetők, ha apró, de fényes tárgyakat, például bolygókat vagy többcsillagos rendszereket figyelnek a távcsőhöz csatlakoztatott videokamerával. Még az amatőr csillagászok is leképezhetik a bolygószerkezeteket egy ív másodpercnél rövidebb felbontással, ha több tucat vagy több ezer egyedi képet választanak ki és helyeznek egymásra („ szerencsés képalkotás ”).

A távcsőben még megkülönböztethető tárgyak közötti minimális szöget, amelyet a lefelé irányuló diffrakció korlátozza, a következő összefüggés adja meg:

${\ displaystyle \ sin (\ delta _ {\ varphi}) = 1 {,} 22 {\ frac {\ lambda} {D}}}$

${\ displaystyle \ delta _ {\ varphi}}$ : minimális szög

${\ displaystyle \ lambda}$ : A megfigyelt sugárzás hullámhossza

${\ displaystyle D}$ : Nyitó átmérő

A képletet megerősíti Dawes empirikusan talált kapcsolata . Több egyes távcső „összekapcsolásával” egy interferometria segítségével kiszámítható a kép, amelynek felbontása megfelel a távcsövek közötti távolságnak.

web Linkek

• Felbontóképessége. In: Az optika lexikona. (Harry Paul online verziója (szerk.): Lexikon der Optik . Spektrum Akademischer Verlag, 2003, ISBN 3-8274-1422-9 . )
• A csillagászat feloldóereje: pontforrások, levegős korongok és látótárcsák
• Thomas Kusserow: A műszaki optika alapjai. 2015/2016 (PDF).
• Videó: feloldóerő . Tudományos Film Intézet (IWF) 2004, rendelkezésre bocsátotta a Műszaki Információs Könyvtár (TIB), doi : 10.3203 / IWF / C-14892 .

Egyéni bizonyíték

1. ↑ Dieter Gerlach: A fénymikroszkóp . 2. kiadás. Thieme Verlag, Stuttgart 1985, ISBN 3-13-530302-0 , p. 2 . 
2. ↑ Fluoreszcens mikroszkópia: Nem lesz élesebb , a kutatók eléri a végső felbontási határt a fluoreszcens mikroszkópia során, MPG, 2016.
3. ↑ Ludwig Bergmann , Clemens Schaefer : A kísérleti fizika tankönyve . 3. kötet: Optika . De Gruyter, Berlin / New York 2004, ISBN 3-11-017081-7 , 370. o.