光谱仪CCD像元尺寸与可实现的光谱分辨率（评价判据、方法）

吴昌斌

【一方面汇总前人的一些交流贴，另一方面总结一些设计经验】

【问题1】：我看像元尺寸大小说是用rms半径来评估，那具体是怎么评估的啊？我们毕设要求像元尺寸在10*10微米，不知道怎么看达标了没有？


1、一般要求RMS直径小于一个像元尺寸，附带的有GEO小于RMS的三到四倍，这样从点列图来看是比较好的

2、看一下空间分辨频率，这里边有CCD的空间分辨力还有设计的系统的空间分辨力，为了避免让靶面限制系统分辨率，CCD也就是靶面的空间分辨频率一般都要比光学系统的空间分辨频率高一点，CCD的空间分辨频率很容易计算，就是2倍的像元大小取倒数，然后再看你的系统在这个lp/mm时的MTF值就好了，根据系统具体要求>0.3或者>0.2就达标了

3、一般sensor的截止频率计算方法：
500/像元大小（单位um），比如单像素为2.5um，那sensor的截止频率就是200lp/mm，一般实际设计或使用时，MTF的对比度在0.8倍截止频率时大于0.15就行了，然后还要考虑0.15的装调和公差影响，所以，设计的sensor的MTF在0.8倍截止频率时的对比度大于0.3就可以满足设计需求了。

4、分析菜单里有一个MTF的分析图表ANalyze>MTF>FFT MTF，点开之后，在设置一栏填写 Maximum Frequency，观察MTF函数走向

ZY110910

学到了，感谢楼主的分享。另外有个问题还是想交流一下，您说到RMS尺寸小于一个像元，您指的是RMS半径还是直径？还有，您说的GEO小于3倍或4倍的RMS，是不是只适用于光谱仪的系统，还是普适的，如果不是，能否介绍几个代表性的光学系统，希望您能再稍微介绍一下，谢谢了。

copland

500/像元大小 中的500来自哪里，经验值么？

ZY110910

copland 发表于 2020-4-24 08:23
500/像元大小 中的500来自哪里，经验值么？

其实就是1/（2*像元尺寸），像元尺寸单位是微米，而线对数是lp/ mm，因此需要换算一下，这个公式在好多书中都能查到。

吴昌斌

ZY110910 发表于 2020-4-24 08:21
学到了，感谢楼主的分享。另外有个问题还是想交流一下，您说到RMS尺寸小于一个像元，您指的是RMS半径还是直 ...

1、这个是我在其他交流贴汇总过来的。

2、附带相关参考贴子
a）<font color="red">[已解决]</font>像元尺寸、瑞利判剧和截止频率之间到底是什么关系？
http://www.optzmx.com/thread-9155-1-1.html
b) <font color="red">[已解决]</font>衍射极限对应的艾里斑和CCD的像元尺寸大小的关系问题
http://www.optzmx.com/thread-10966-1-1.html
c)  像元尺寸大小怎么评估
http://www.optzmx.com/thread-13588-1-1.html

3、因为光谱仪存在离轴像散，所以我们一般看的是Y方向的RMS值（即光谱展开方向），在Zemax中RMS Y vs 波长这个报表里面，Y方向的RMS值指的是“直径”，但是在点列图中指的是RMS半径（其值要大于该报表所显示的艾里斑半径），其GEO半径也很大。我一般会用鼠标看一下它在Y方向的光斑“直径”（通过坐标来计算）。但考虑到狭缝宽度，引入的狭缝像展宽，我最关注的是全视场下光斑Y方向直径，以及与相邻（指定分辨率间隔）波长的重叠情况，若符合瑞利判据或者光斑分离较远，就证明可以实现该波长处的分辨率。
4、关于光斑尺寸与像元尺寸的关系，有一个叫空间分辨率和光谱分辨率的说法，大致说，狭缝宽度=1倍，或者2倍以上的像元宽度。你可以找找对应的文献看一看。

5、对于GEO的参考评价，我没有啥经验，我也是从其他贴子粘贴过来的，具体的，你需要找那个发贴子的人询问。

吴昌斌

最近有一个困惑：
1、RMS  spot Y vs 波长，这里指的是Y方向的“直径”、还是“半径”；
2、该报表下的参数，采样方式取“高斯采样”、还是“矩阵Y方向采样”
3、参考中心，是“质心”、还是“主光线”。如图，以主光线参考，短波长的RMS  spot  Y要更大一些

附图：

hfut_tst

请问在zemax中如何进行像面像元尺寸设置

zemax欧

吴昌斌 发表于 2020-4-26 23:16
最近有一个困惑：
1、RMS  spot Y vs 波长，这里指的是Y方向的“直径”、还是“半径”；
2、该报表下的参 ...

请问楼主这个 RMS  spot Y vs 波长，指的是Y方向的“直径”、还是“半径”；我一直当成半径
这两种采样有什么区别吗？这应该是统计rms的算法，根据rms计算公式来看，好像这个值跟参考点坐标有关。

吴昌斌

zemax欧 发表于 2020-8-3 10:26
请问楼主这个 RMS  spot Y vs 波长，指的是Y方向的“直径”、还是“半径”；我一直当成半径
这两种采样 ...

1、这个在RMS vs 波长下，Y光斑尺寸指的是RMS Y方向光斑半径；
2、这个在点列图下，RMS Y方向光斑尺寸也指的是RMS Y方向光斑半径，两者在数据上非常接近（合适的光线密度、采样率、样式、参考）；

3、需要注意一下，RMS Y光斑半径与最大光斑半径（GEO 半径）在数值上的差异；

4、采样方式（高斯采样、矩阵Y方向采样），这个还没能弄明白，可以看下zemax官方说明文档（19.4），里面有解释，但不太理解。

慢慢是我

RMS Y方向光斑尺寸指的应该就是光谱仪的光斑大小吧