[已解决]ZEMAX里艾里斑半径和CCD的像元尺寸之间的关系

lht_西

请问各位大神，一般成像系统光学设计时需要ZEMAX里艾里斑半径和CCD的像元尺寸相匹配，但不清楚相差多少是可以接受的。比如CCD像元尺寸是3.5μm，这时艾里斑半径2.5μm，则直径5μm大于像元尺寸3.5μm，请问这种情况能否清晰成像？两者差值超过多少是影响成像的？这里是否有上下限的经验值？麻烦各位帮忙答疑解惑，感谢！

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Maxray

2022-8-29 18:23

1.如果你非要艾里斑和CCD像元尺寸的关系，那么需要艾里斑半径≤2*像元尺寸。因为当满足以上关系时，两者的奈奎斯特频率是一样的，这样就可以说镜头能够完全发挥出CCD的分辨率能力。
2.当然实际成像的CCD是有对比度要求的。如果你的光学系统艾里斑半径=2*像元尺寸，那么你在“恰好能分辨的极限时”， 对比度只有~10%。但是很多CCD在10%的对比度下成像质量是很差的，很多会要求镜头在奈奎斯特频率下30%左右的对比度，这时镜头的艾里斑半径就会小于像元尺寸，具体要看镜头的MTF曲线是否满足要求
3.还有一种情况，我的成像不需要用到CCD的奈奎斯特频率，而是比这个频率低就能满足要求，那这时就根据你的实际成像需求去设计镜头的，就没必要纠结CCD像元的问题了

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bigowner

不清楚你这个涉不涉及到放大率的问题，比如你说的CCD单个像元是3.5，光斑是5，你是要光斑只成像到一个像元上吗？不应该是要让光斑成像到CCD的整个耙面上吗

songshaoman

分两个，GEO半径和RMS半径。RMS为主，主视场点列图RMS半径要在像元尺寸以内，边缘视场最好也别超，看具体要求。同时配合看圈入能量和MTF。圈入能量80%，MTF>0.3。

lht_西

bigowner 发表于 2022-8-29 17:14
不清楚你这个涉不涉及到放大率的问题，比如你说的CCD单个像元是3.5，光斑是5，你是要光斑只成像到一个像元 ...

成像系统在zemax里应该是一个像点对应CCD的一个像元吧，整个像面对应CCD整个靶面

lht_西

songshaoman 发表于 2022-8-29 17:19
分两个，GEO半径和RMS半径。RMS为主，主视场点列图RMS半径要在像元尺寸以内，边缘视场最好也别超，看具体要 ...

我知道RMS半径最好小于艾里斑半径，但不清楚的是艾里斑半径和CCD像元尺寸之间的关系，最大能相差多大？

Maxray

1.如果你非要艾里斑和CCD像元尺寸的关系，那么需要艾里斑半径≤2*像元尺寸。因为当满足以上关系时，两者的奈奎斯特频率是一样的，这样就可以说镜头能够完全发挥出CCD的分辨率能力。
2.当然实际成像的CCD是有对比度要求的。如果你的光学系统艾里斑半径=2*像元尺寸，那么你在“恰好能分辨的极限时”， 对比度只有~10%。但是很多CCD在10%的对比度下成像质量是很差的，很多会要求镜头在奈奎斯特频率下30%左右的对比度，这时镜头的艾里斑半径就会小于像元尺寸，具体要看镜头的MTF曲线是否满足要求
3.还有一种情况，我的成像不需要用到CCD的奈奎斯特频率，而是比这个频率低就能满足要求，那这时就根据你的实际成像需求去设计镜头的，就没必要纠结CCD像元的问题了

songshaoman

lht_西 发表于 2022-8-29 17:37
我知道RMS半径最好小于艾里斑半径，但不清楚的是艾里斑半径和CCD像元尺寸之间的关系，最大能相差多大？

没有具体要求指标，谁都给不了你答案。找本书补补基础知识吧。

lorry95

lht_西 发表于 2022-8-29 17:37
我知道RMS半径最好小于艾里斑半径，但不清楚的是艾里斑半径和CCD像元尺寸之间的关系，最大能相差多大？

1.22λ*F

feng4444

今天早上刚看到大佬分享的内容，结论是2个像元