106年:視覺光學(3)

有關於艾里盤( Airy disc)的敘述何者正確?

A光源的光波長越短,艾里盤的影像越大
B瞳孔越小,艾里盤的影像越大
C眼睛的焦距越小,艾里盤的影像越大
D艾里盤中間為暗區

詳細解析

本題觀念:

艾里盤(Airy disc)是光線通過圓形孔徑(如瞳孔)發生繞射(diffraction)後,在焦平面上形成的同心環狀繞射圖案之中央亮斑。其大小決定了光學系統的繞射極限解析力(diffraction-limited resolution)。

艾里盤半徑的計算公式為:

r=1.22λfDr = \frac{1.22\,\lambda\,f}{D}

其中:

  • λ\lambda = 光波長
  • ff = 焦距
  • DD = 瞳孔直徑

選項分析

(A) 光源的光波長越短,艾里盤的影像越大 由公式可知,rλr \propto \lambda,波長越短,艾里盤越,而非越大。短波長(如藍光)繞射角度小,艾里盤反而較小。此選項錯誤

(B) 瞳孔越小,艾里盤的影像越大 由公式可知,r1/Dr \propto 1/D,瞳孔直徑 DD 越小,艾里盤半徑越。這就是為何在昏暗環境瞳孔放大時,繞射模糊反而減少;而在強光下瞳孔縮小時,繞射效應增加。此選項正確

(C) 眼睛的焦距越小,艾里盤的影像越大 由公式可知,rfr \propto f,焦距越小,艾里盤越,而非越大。此選項錯誤

(D) 艾里盤中間為暗區 艾里盤中央為亮斑(最大亮度),中間不是暗區。暗環出現在亮斑周圍的同心

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