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과학

레일리 기준

레일리 기준과학
영어
Rayleigh criterion
기본 대상
회절 제한 원형 개구
분해 각도
θ_R≈1.22λ/D
각도 단위
라디안
레일리 기준은 두 점광원의 회절 무늬에서 한 중심 극대가 다른 무늬의 첫 극소에 놓일 때를 분해의 경계로 보는 기준이다. 이상적인 원형 개구의 작은 각 근사에서는 θ_R≈1.22λ/D이며 D는 개구 지름이다.

점도 넓은 무늬로 보임

유한한 지름의 렌즈나 거울을 통과한 빛은 회절해 점광원도 유한한 무늬로 나타난다. 두 점이 가까우면 이 무늬가 겹친다. 레일리 기준은 이상적인 회절 무늬가 어느 정도 겹칠 때 두 광원을 구별한다고 볼지 정하는 규칙이다.

지름과 파장의 효과

개구 지름을 두 배로 하면 같은 파장에서 기준 각도는 절반으로 줄어든다. 반대로 긴 파장일수록 분해 각도가 커진다. 더 작은 각도 차이를 구별할 수 있을수록 각분해능이 좋으므로 값이 크다는 것을 무조건 성능 향상으로 읽으면 안 된다.

수치 예

λ=600 nm, D=0.12 m라면 θ_R≈6.1×10⁻⁶ rad다. 이를 각초로 바꾸면 약 1.26각초다. 여기서 D에 반지름 0.06 m를 넣으면 값이 두 배로 잘못 계산되므로 지름이라는 정의를 확인해야 한다.

실제 관측과의 관계

이 기준은 이상적인 회절 제한 계의 점광원에 대한 것이다. 실제 영상은 수차, 대기 흔들림, 잡음, 검출기와 분석 방식에도 영향을 받는다. 레일리 기준 하나를 모든 종류의 영상에서 절대로 넘을 수 없는 동일한 판별 한계로 해석해서는 안 된다.

관련 문서

회절 / 단일 슬릿 회절 / 파장 / 렌즈 / 망원경 / 빛 / 라디안 / 회절 격자