典型光学“设备”解像能力分析[转载]

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典型光学“设备”解像能力分析
这里说的光学“设备”，包含人眼、望远镜、镜头和相机（含数码相机）以及几种组合。对于这些设备，有很多性能指标来描述它们的好坏。其中很重要的一个指标，就是解像力。
    解像力一般用角秒（"）来表示，或者用更大的单位：角分（'）。一角秒的解像能力，相当于在2km远处的距离上，能够分辨出相距1cm的两个点。用分数来表示，就是1/206000。1角分就是60角秒，相当于在34m远处的距离上，能够分辨出相距1cm的两个点。
    1、人眼的目视分辨能力
    一般人眼裸眼最佳分辨1'，即60角秒，地球人都知道，具体推算方法略。可参见《星空观测者》第3期的文章。很多光学、医学书上，都是这个标准。然而，根据观测不同的目标，对于不同的人，尤其是在不同的亮度下，这个分辨能力有比较大的差异，1'是标准人眼分辨能力。
    2、7x35双筒望远镜
    这样的望远镜是被设计为直接用肉眼来观测的。一个好的望远镜，除了放大，其他应该什么都不是。因此对于人眼来讲，用了这样的望远镜，就应该像走近物体到1/7的距离来观察一样。由此，该望远镜必须在目镜端提供60角秒的输出解像能力，才能不被人眼看出破绽。也就是说，望远镜的视在解像力必须高于人眼的标称解像力。
    这样，对于7倍的望远镜，应该实际能够分辨60/7=8.6角秒。对于质量好的望远镜，应该留有足够的余量。而质量很差的望远镜，可能达不到这个指标。我的一个俄罗斯7x35，标明7"，说明留有一定余量。但是，由于目镜不可换，太高的余量人眼也享受不了。

    3、天文望远镜，比如，Megrez 80mm口径的（焦距480mm f/6）。
    一般比较好的天文望远镜，其解像能力都会接近或达到理论分辨能力，从评价看这个也不例外。根据公式140"/D，其中D为口径的毫米数，得到其分辨能力为1.75角秒。有时这个公式也写成120"/D，是以紫色的光作为基础的，我们不妨使用前者（以人眼最灵敏的黄绿光为基础）。
    假如我们使用14mm的目镜使得放大倍数为34倍，那么，视在分辨能力就正好是1.75 * 34=60"，与人眼的视力匹配。换句话说，放大倍数超过了34倍，人眼就有可能看出景物的不理想，即不如走近1/34的距离来看那样好。当然，为了观察的舒适和尽量利用望远镜的分辨能力，我们有时还是可以把放大倍数取得更大一些。
    4、Megrez80mm+24mm DLC28
    80mm口径的望远镜，理论分辨能力可取为140"/D，为1.75"，加上那24mm的目镜，放大倍数为20，因此，一个（标准）人则通过这望远镜，就可以分辨出60"/20=3"的物体。可以看出，这样的配置对于观察来讲，望远镜的解像力没有得到充分的利用。也就是说，从望远镜出来的光，其分辨能力尽管比较高，但由于倍数不够大，人眼直接观测时享受不了。
    5、Nikon CP995数码相机
    CP995的CCD是1/1.8英寸的，是Sony生产的ICX252AK，其像素大小为3.45x3.45微米，像素之间的距离也为3.45微米。这样，在其最远端的32mm焦距下，两个点之间的张角为3.45/32000*206000=22.2角秒。
    这样的角度虽然算不上分辨能力（胶片上讲究线对，即分辨黑白相间的条纹，要求1倍的能力），但如果物体用不同的颜色来表示，也可以进行分辨的。如果真正按照可以分辨的意义上看，CP995自己的分辨能力就是44.4角秒。可见，这个分辨能力与人眼比要好，但相差并不多。
    同样，在995焦距最近端的38mm，像素张角为89"，可以分辨178角秒。
    对于其6.3mm口径的镜头（=32/5.1），其理论分辨力为22.3"，与此相匹配并留有一定的余量。
    6、Megrez80mm+24mm DLC28 + CP995
    由于Megrez80mm+24mm DLC28的组合的分辨能力为1.75"，视在分辨能力为35"，CP995在最远焦距时为44.4"，因此瓶径仍然在CP995，组合起来的视在分辨能力仍然是44.4"，实际分辨能力为 44.4"/20 = 2.2"。
    另一方面，如果物体是由不同颜色的边缘构成的，那么CP995有能力区分小到22.2"的角度，这样就比Megrez80mm+24mm DLC28的组合的35"来得高，因此仍然可以在CP995的最高能力上，看出这望远镜组合的不理想之处。
    总之，这个组合是比较匹配的，最大限度的利用了望远镜，同时也不至于过分夸张。
    总结如下：
    人眼：60"
    CP995: 44"
    7x35 + 人眼：9"
    Megrez80mm + DLC28 + 人眼：3"
    Megrez80mm + DLC28 + CP995：2.2"
    Megrez80mm的理论值：1.75"

[ Last edited by Edelweiss on 2005-12-21 at 04:30 PM ]