В литературе встречаются указания на то, что для использования всех возможностей глаза при ночных наблюдениях необходимо, чтобы выходной зрачок оптического прибора был по размерам равен диаметру зрачка глаза, т.е. около 5-7 мм. Утверждается, что при меньших размерах выходного зрачка не полностью будет использована разрешающая способность глаза.

По-моему тут имеется некоторое заблуждение. Глаз - это простейший однолинзовый оптический прибор с огромными аберрациями (сферической, хроматической). Чем больше размер зрачка, тем больше и величина аберраций. Мы этого не замечаем, так как мозг "отсеивает" аберрации. Однако известно, что разрешающая способность глаза выше при хорошем освещении, когда размер зрачка минимален и аберрации тоже минимальны. А тогда зачем увеличивать размеры выходного зрачка ночных приборов до максимальных значений зрачка глаза? Возрастание разрешающей способности телескопа от увеличения размера объектива может быть "съедено" возрастающими аберрациями глаза и эффект от всего этого может быть даже отрицательным. Должен быть некоторый максимум разрешающей способности системы: диаметр объектива-увеличение-глаз, при котором разрешающая сила максимальна.

Занимался ли кто исследованием этой проблемы? Ведь разумный подход может повысить эффективность существующих приборов без увеличения диаметра объектива, а, следовательно, и стоимости оптики.

Помоему речь идет не о разрешении а о яркости протяженных объектов???!!!

А про разрешениие - вы правы, я уже читал, что как раз для исключения дефектов хрусталика можно уменьшить выходной зрачок.

[Это сообщение редактировал Jaws (14.03.2001).]

Честно говоря, меня тоже всегда удивлял тезис, приведенный Анатолием в начале темы, особенно если учесть, что на сетчатке только маленький участок отвечает за резкость изображения, а вся картина строится мозгом как результат сканирования.
Понятно, что выходной зрачок прибора не должен ПРЕВЫШАТЬ зрачок наблюдателя - тут вопросов нет.
Jaws: Относительно протяженных объектов - да, но для НЕВООРУЖЕННОГО глаза.

Ситуация с протяженными объектами тоже неясна. При малом выходном зрачке вся энергия, собранная объективом, попадает на сетчатку, только работает лишь центральная часть хрусталика. Естественно, что в этом случае даже можно получить некоторый выигрыш в проницающей силе, так как при "задиафрагмированном" зрачке влияние сферической и хроматической аберраций глаза должно быть меньше, следовательно большая часть энергии участвует в построении изображения на сетчатке. Вообще, малый выходной зрачок выгоднее во всех отношениях. Хорошая, освобожденная (насколько возможно) от аберраций оптика строит изображение и проектирует лишь через центральную часть поганой оптики глаза. Это лучше, чем использовать всю апертуру глаза.

Или в этих рассуждениях есть логическая ошибка? Оптики, засветите!

Вообще, исходя только из геометрической оптики и физики, не затрагивая физиологию, яркость протяженных объектов при визуальных наблюдениях повысить нельзя. Например зрачок глаза 6мм. Смотрим в 60мм телескоп, сохраняя велечину зрачка применяем увеличение 10х. Площадь протяженного объекта на сетчатке возрастает в 100 раз как и площадь приемника (60/6)^2 >> яркость неизменна. Почему же становится видна М33? Физиология однако.

[Это сообщение редактировал Jaws (15.03.2001).]

http://www.starlab.ru/upload/p58.GIF
Этот кусочек из книги Д.Д.Максутова "Астрономическая оптика".

Одно дело разрешать яркие, точечные двойные, другое дело наблюдение дипскай. И "для использования всех возможностей глаза при ночных наблюдениях необходимо, чтобы выходной зрачок оптического прибора был по размерам равен диаметру зрачка глаза, т.е. около 5-7 мм" - вырвано из контекста.

Почему??? Вся собранная объективом энергия полностью попадет на сетчатку и при 2 мм!

Потому что сетчатка не интегральный приемник, а матрица. Энергия размажется по многим элементам, чувствительность каждого из которых ограничена.

Еще замечание вдогонку...

Вообще, как верно подметил Jaws, требование 6 мм зрачка относится только к deep-sky объектам, где видимость деталей ограничена физиологией глаза при малых освещенностях. Для более-менее ярких объектов максимальное разрешение получается как раз при зрачке около 1 мм (для телескопов любительского размера, где разрешение ограничено дифракцией, а не турбуленцией). Забавно, что это соответствует минимуму на графике Максутова, как будто природа создавала глаз специально для астрономов-любителей!


[Это сообщение редактировал Pavel Bahtinov (15.03.2001).]

Глаз - оптическая система. Поэтому он рисует изображение на сетчатке абсолютно одинакового размера, попадает ли свет на весь хрусталик или на центральную часть. Матрица тут абсолютно ни при чем, все элементы сетчатки будут работать одинаково в обоих случаях. Если весь свет собран в пучок 2 мм вблизи оптической оси, он построит изображение такое же, как и при пучке в 7 мм. Это же линза, строящая изображение, а не дырка перед сетчаткой.

В том то и дело, что не дырка...
Нельзя собрать свет в 2 мм, не повысив увеличение телескопа в целом. А при большом увеличении будет другой масштаб на сетчатке, а следовательно, снизится поверхностная яркость изображения.

Только при равнозрачковом увеличении (т.е. при вых. зрачке около 6 мм) нет потерь поверхностной яркости по сравнению с невооруженным глазом. Мне казалось, что это общеизвестный факт...

Д.Я. Мартынов. "Курс практической астрофизики":
"Так как поверхностная яркость не возрастает при применении оптики, телескоп помогает нам видеть слабые туманности только потому, что увеличивает их угловые размеры, но контраст их с фоном неба столь мал, что многие из них так и остаются невидимыми для глаза и известны нам только по фотографиям.".

И далее указано, что в условиях низкой освещенности разрешающая способность глаза сильно падает, так что для различения протяженных объектов требуется, чтобы угловые размеры их были в несколько градусов. Именно этим определяется видимость протяженных объектов, а не равнозрачковостью.

Кстати, я тоже всегда считал, начитавшись литературы о любительских наблюдениях, что нужна равнозрачковость, однако тогда я представления не имел о контрастной чувствительности глаза и о так называемом законе Рикко, согласно которому "поверхностная яркость и площадь рассматриваемых предметов равноценны при их различении на окружающем фоне: объект, имеющий угловой поперечник в 1 минуту и яркость 10^-5 сб, различается так же, как другой объект с яркостью 10^-7 сб и угловым поперечником в 10 минут" (Д.Я. Мартынов).
Ночное зрение имеет одну особенность: многие "палочки" сетчатки соединены с одним нервом и ощущения их складываются. Так что равнозрачковое увеличение может быть вовсе не оптимальным для конкретного протяженного объекта и окружающего фона.

... ход дискуссии показывает - я должен отсканировать соот-щий раздел "Астрономической оптики" http://www.starlab.ru/ubb/smile.gif

Не надо тратить время на сканирование. Просто объясните, гда я ошибаюсь.

Осталось понять что такое разрешающая способность относительно дипскай. А рис. 58, по моему, применим только для "ярких" точечных объектов.

График Максутова скорее не совпадает, а и есть источник для "формулы" максимального увеличения. По моему...

Anatoly, представим, что мой зрачок может иметь максимальный диаметр 6 мм, и при этом (диаметре) изображение на сетчатке максимально яркое. Используя телескоп, и не понижая яркоси объекта на сетчатке я должен наблюдать с увеличением дающим зрачок 6мм. Применяя увеличение дающее зрачок 2мм, яркость дипскай равна той что была бы при наблюдении невооруженным глазом со зрачком 2мм. Изображение будет темнее. Вот и все.

[Это сообщение редактировал Jaws (15.03.2001).]

Jaws: все было бы понятно, если бы вместо сетчатки глаза стоял линейный приемник света. Но существует изменение контрастной чувствительности глаза при изменении линейных размеров объекта, причем вряд ли линейные. И вот тут мне совершенно неясен результат от возрастания увеличения. Может быть, что наилучшая различимость объекта имеет максимум, наподобие перевернутого рис. 58. Если с разрешающей силой для точечных объектов вроде все ясно, то с протяженными пока остаются сомнения.

Anatoly - ну это уже уловки http://www.starlab.ru/ubb/smile.gif

А вот следующее (что значит еще раз внимательно прочесть) - что при меньших размерах выходного зрачка не полностью будет использована разрешающая способность глаза - нигде в любительской литературе я не встречал.

[Это сообщение редактировал Jaws (15.03.2001).]

Это не уловка, а попытка доказательно разобраться в вопросе. Пока никаких доказательств того, что для всех протяженных объектов наилучшее - это равнозрачковое увеличение нет.

По поводу литературы. Вот один из примеров:
":Ваши глаза адаптированы к темноте (зрачок имеет максимальный диаметр) и готовы воспринять всю информацию при данном увеличении бинокля. Но для этой комбинации <увеличение + диаметр Вашего зрачка> объектив трубы или бинокля мог бы иметь больший диаметр и в сравнении с применением "сумеречного" прибора у Вас снизится разрешающая способность." ( http://............./info/bchoice.html ).

Анатолий, мне кажется вы путаете разрешающую способность с глубиной резкости. Диафрагмирование увеличивает глубину резко изображаемого пространства, но вовсе не обязательно приводит к росту разрешения. Посмотрите на графики MTF для фотообъективов (особенно профессиональных)--наибольшая разрешающая способность достигается на диафрагмах 5.6-8 (а самые дорогие вообще оптимизированы под 2.8-4) и при дальнейшем диафрагмировании ухудшается. А глубина резкости в астрономии никакой роли не играет.

Глаз - простая линза с достаточно большой кривизной поверхностей. Поэтому изменения разрешающей способности глаза и фотообъектива при диафрагмировании различны. А глубина резкости при наблюдениях неба вроде не играет значения, там все объекты практически на бесконечности.

Реплика:
Стоит ли в полной мере переносить законы геометрический оптики с линейным приемником излучений на глаз, где большую роль играет физиология?
К тому же не только "хрусталик - простая линза с достаточно большой кривизной поверхностей", но и в целом весь глаз имеют неважную прозрачность оптических сред (зачастую неоднородную), а к 30 годам (!!!) уже заметно начальное возрастное помутнение хрусталика, что, в свою очередь, также сказывается на оптических свойствах и субъективном восприятии.

Вот интересное свидетельство Дениса ди Чикко:
http://www.skypub.com/resources/testreports/binoculars/0103takastro.html

In one test I pitted the Takahashi against my benchmark binocular, a Fujinon 16 x 70. Although stars seemed slightly brighter in the Fujinon glasses, I felt I could glimpse slightly fainter ones with the Takahashi Astronomer. While on the surface this seems like a conundrum, it does agree with the binocular "visibility factor" championed by Roy L. Bishop (S&T: July 2000, page 63). Bishop's merit rating is calculated by multiplying a binocular's magnification by its aperture in millimeters. Thus, the Takahashi Astronomer gets a visibility factor of 1,320 while the Fujinon rates a slightly lower 1,120.

Он сравнивает бинокли 22*60 и 16*70 и утверждает, что в 22*60 видны более слабые звезды, чем в 16*70, (притом, что в 16*70 все звезды выглядели ярче!). Таким образом повышение увеличения (а значит, уменьшение выходного зрачка) дает возможность увидеть более слабые объекты.

Есть такое правило сравнения проницающей силы двух бинокуляров:
P=V*D
V-увеличение, D-диаметр действующего отверстия. Оно полуэмпирическое.

1) С зависимостью яркости изображения на сетчатке от диаметра выходного зрачка все просто. Эта связь однозначна.
2) Зависимость разрешения мелких деталей протяженных объектов от их яркости тоже известна, многим даже на практике http://www.starlab.ru/ubb/wink.gif . Но она хуже исследована, поскольку зависит от физиологии зрения.
3) Другое дело - различимость деталей объектов на практике. Из-за засветки неба равнозрачковое увеличение часто неоптимально не только с точки зрения разрешения протяженных объектов, но даже с точки зрения их обнаружения. Даже довольно далеко от города 3 мм зрачок может оказаться эффективнее 6 мм (при равных диаметрах объектива).
4)Pietro, для точечных объектов (звезд) зависимости совсем другие. Насколько я помню, там максимальная проницающая сила получается при максимальном полезном увеличении (при зрачке около 1 мм).

По поводу дипскай и увеличений, видимо лучше всего мог бы сказать опытный наблюдатель, как тот, что накрывался темным полотном при наблюдениях в условиях города. http://www.starlab.ru/ubb/smile.gif