Пик дифракции - Diffraction spike

Пики дифракции от различных звезд на изображении, сделанном Космический телескоп Хаббла

Пики дифракции линии, исходящие от источников яркого света, вызывающие так называемое эффект звездообразования[1] или же солнечные звезды[2] в фотографиях и в видении. Они есть артефакты вызванный светом дифрагирующий вокруг опорных лопаток вторичного зеркала в отражающие телескопы, или края некруглой камеры отверстия, и вокруг ресниц и век в глазу.

Пики дифракции из-за опорных лопаток

Сравнение дифракционных выступов для различных стоек телескопа-отражателя - внутренний круг представляет вторичное зеркало
Оптика Ньютоновский отражатель телескоп с четырьмя паук-лопатками, поддерживающими вторичное зеркало. Это приводит к появлению дифракционной картины с четырьмя иглами, обычно наблюдаемой на астрономических изображениях.

В подавляющем большинстве отражающий телескоп В конструкциях вторичное зеркало должно располагаться на центральной оси телескопа и поэтому должно удерживаться подпорками внутри трубы телескопа. Независимо от того, насколько хороши эти опорные стержни, они преломлять падающий свет от исследуемой звезды, и это проявляется в виде дифракционных выступов, которые являются преобразование Фурье опорных стоек. Пики представляют собой потерю света, который можно было использовать для изображения звезды.[3][4]

Хотя дифракционные пики могут затемнять части фотографии и нежелательны в профессиональном контексте, некоторые астрономы-любители как визуальный эффект, который они дают ярким звездам - ​​"Вифлеемская звезда "внешний вид - и даже изменить их рефракторы, чтобы показать тот же эффект,[5] или для помощи в фокусировке при использовании CCD.[6]

Небольшое количество отражающих телескопов позволяет избежать дифракционных выбросов за счет размещения вторичного зеркала вне оси. Ранние внеосевые конструкции, такие как Гершельский и Schiefspiegler телескопы имеют серьезные ограничения, такие как астигматизм и большие фокусные отношения, что делает их бесполезными для исследований. Брахимедиальный дизайн Людвиг Шупманн, в котором используется комбинация зеркал и линз, способна исправить Хроматическая аберрация идеально на небольшой площади, и конструкции, основанные на брахимедиале Шупмана, в настоящее время используются для исследования двойные звезды.

Есть также небольшое количество внеосевых беспрепятственных отражающих анастигмат которые дают оптически идеальные изображения.

Рефракционные телескопы и их фотографические изображения не имеют той же проблемы, поскольку их линзы не поддерживаются паутиной.

Пики дифракции из-за некруглой апертуры

Ирисовые диафрагмы с подвижными лезвиями используются в большинстве современных объективов фотоаппаратов для ограничения света, попадающего на пленку или сенсор. Пока производители пытаются сделать отверстие циркуляр для приятного боке, когда остановился до высокого f-числа (маленькие отверстия), его форма стремится к многоугольнику с тем же числом сторон, что и лопасти. Дифракция распространяет световые волны, проходящие через апертуру перпендикулярно грубо прямолинейному краю, каждый край образует два выступа, разнесенных на 180 °.[7] Поскольку лопасти равномерно распределены по окружности, на диафрагме с четным числом лопастей дифракционные пики от лопастей на противоположных сторонах перекрываются. Следовательно, диафрагма с п лезвия уступает п шипы, если п четно, и 2п шипы, если п странно.

Сравнение дифракционных пиков для апертур разной формы и количества лезвий

  • 5 лезвий дают 10 шипов

  • 6 лезвий дают 6 шипов

  • 7 лезвий дают 14 шипов

  • 8 лезвий дают 8 шипов

  • 9 лезвий дают 18 шипов

  • 10 лезвий дают 10 шипов

Пики дифракции из-за грязной оптики

Полосы из-за грязного объектива

Неправильно очищенные линзы или покровное стекло или стекло с отпечатком пальца могут иметь параллельные линии, которые рассеивают свет аналогично опорным лопастям.[8] Их можно отличить от шипы из-за некруглой апертуры так как они образуют заметный мазок в одном направлении, а от Цветение CCD по их наклонному углу.

В видении

При нормальном зрении дифракция через ресницы - и из-за краев век, если вы прищуриваетесь - вызывает множество дифракционных всплесков. Если дует ветер, то движение ресниц вызывает шипы, которые двигаются и мерцают. После моргания ресницы могут вернуться в другое положение и заставить дифракционные иглы прыгать. Это классифицируется как Энтоптическое явление.

Другое использование дифракционных выступов

Спецэффекты

Эффект треугольного звездного фильтра

А кросс-экранный фильтр, также известный как звездный фильтр, создает звездный узор с помощью очень тонкой дифракционная решетка встроены в фильтр, а иногда за счет использования призм в фильтре. Количество звезд меняется в зависимости от конструкции фильтра, как и количество точек, которые имеет каждая звезда.

Подобный эффект достигается при фотографировании ярких огней через оконный экран с вертикальными и горизонтальными проводами. Углы наклона планок креста зависят от ориентации экрана относительно камеры.[7]

Маска Бахтинова

Использование дифракционных пиков для фокусировки телескопа с Маска Бахтинова
Основная статья: Маска Бахтинова

В любительской астрофотографии маска Бахтинова может использоваться для точной фокусировки небольших астрономических телескопов. Свет от яркой точки, такой как изолированная яркая звезда, достигающая разных квадрантов главного зеркала или линзы, сначала проходит через решетки в трех разных ориентациях. Половина маски образует узкую форму "X" из четырех дифракционных выступов (синий и зеленый на иллюстрации); другая половина образует прямую линию из двух шипов (красный). Изменение фокуса заставляет фигуры перемещаться относительно друг друга. Когда линия проходит точно через середину «X», телескоп находится в фокусе и маску можно снять.

Рекомендации

  1. ^ Чеонг, Кан Хао; Ко, Джин Мин; Тан, Джоэл Ши Куан; Лендерманн, Маркус (16.11.2018). "Расчетное прогнозирование дифракционных всплесков эффекта звездообразования". Научные отчеты. 8 (1): 16919. Дои:10.1038 / s41598-018-34400-z. ISSN  2045-2322. ЧВК  6240111. PMID  30446668.
  2. ^ Броквей, Дон (ноябрь 1989 г.). «Сцены». Популярные фотографии: 55.
  3. ^ Nemiroff, R .; Боннелл, Дж., Ред. (15 апреля 2001 г.). "Объяснение дифракционных пиков". Астрономическая картина дня. НАСА.
  4. ^ Внутренние отражения и дифракционные пики. Калтех. По состоянию на апрель 2010 г.
  5. ^ https://web.archive.org/web/20120203213753/http://homepage.ntlworld.com/jan.rek/equipment.htm#starspike
  6. ^ http://astronomy.qteaser.com/diffspike.html
  7. ^ а б Рудольф Кингслейк (1992). Оптика в фотографии. SPIE Press. п. 61. ISBN  978-0-8194-0763-4.
  8. ^ http://dl.acm.org/doi/10.1145/1661412.1618490

внешняя ссылка