La risoluzione del sistema ottico è influenzata da apertura, lunghezza focale e rivelatore, ma i parametri diversi svolgono un ruolo di primo piano a diversi livelli.
- Risoluzione teorica
Determinato principalmente dall'apertura (limite di diffrazione). Secondo il criterio Rayleigh, la risoluzione angolare teorica del sistema ottico è determinata dall'apertura (D) e la formula è:
Dove λ è la lunghezza d'onda della luce. Maggiore è l'apertura, minore è la distanza angolare minima che può essere risolta. Ad esempio, la risoluzione teorica di un telescopio con un diametro di 1 metro per la luce visibile (λ =550 nm) è circa 0. 14 arcsecondi. La risoluzione teorica di Hubble Telescope (2.4m) è circa 0. 0 5 arcSec, mentre quello di James Webb Telescope (6,5m) può raggiungere 0,02 arcsec.
Criteri di Rayleigh: nel sistema ottico di imaging, la potenza di risoluzione è la capacità di misurare l'immagine di due oggetti adiacenti. A causa della diffrazione, l'immagine formata dal sistema non è più un'immagine del punto geometrico ideale, ma un punto (arioso disco) con una certa dimensione. Quando due punti oggetti sono troppo vicini e i loro punti si sovrappongono, può essere impossibile distinguere le immagini di due punti oggetto. Cioè, esiste un limite di risoluzione nel sistema ottico, che di solito adotta il criterio proposto da Rayleigh: quando il centro di un disco arioso coincide con l'anello scuro del primo ordine di un altro disco arioso, si possono distinguere solo due immagini.
- La lunghezza focale e la risoluzione spaziale
Converti la risoluzione angolare al piano di imaging e la lunghezza focale (F) converte la risoluzione angolare alla risoluzione della linea sul rivelatore (unità: m/pixel)
Maggiore è la lunghezza focale, maggiore è la risoluzione della linea corrispondente alla stessa risoluzione angolare. Ad esempio, per un sistema con una lunghezza focale di 12 metri, se la risoluzione angolare è 0. 1 arcsecondo, la risoluzione lineare è di circa 5,8 micron. Tuttavia, la lunghezza focale non influisce sulla risoluzione angolare teorica, ma determina solo la scala di imaging, cioè quanti pixel è distribuita la risoluzione teorica nella prima sezione. Se la dimensione dei pixel è fissata, maggiore è la lunghezza focale, più pixel saranno occupati dallo stesso oggetto sul rivelatore del telescopio con la stessa risoluzione. Tuttavia, maggiore è la lunghezza focale e più piccola è l'apertura relativa, minore è l'energia che il sistema ottico raccoglie dallo stesso oggetto. Al momento, il rapporto segnale-rumore del rivelatore deve essere elevato e integrato per lungo tempo. Pertanto, la lunghezza focale è anche limitata dal rivelatore.
- il rivelatore
La dimensione dei pixel e la velocità di campionamento del rivelatore "soffitto" con risoluzione effettiva influiscono direttamente sulla risoluzione effettiva raggiungibile. Limitazione della dimensione dei pixel: se la dimensione del pixel del rivelatore è maggiore della risoluzione della linea di sistema, i dettagli non possono essere distinti. Ad esempio, se la risoluzione della linea è di 5 micron e la dimensione dei pixel è di 10 micron, la risoluzione effettiva è limitata dal rivelatore. Teorema di campionamento di Nyquist: per analizzare completamente il bersaglio, la dimensione dei pixel dovrebbe essere inferiore a 1/2 della risoluzione della linea.
Queste sono le due frequenze di cui parliamo spesso nel design ottico, una è la frequenza di taglio di Nyquist e l'altra è una frequenza di taglio ottica.
- Riepilogo
Il limite teorico della risoluzione è determinato dall'apertura (limite di diffrazione), ma la risoluzione effettiva è limitata dalla turbolenza atmosferica (sistema di terra), dall'aberrazione ottica, dalla corrispondenza della lunghezza focale e dalle prestazioni del rilevatore.
Lo sviluppo della scienza e della tecnologia è inseparabile dal progresso degli strumenti di ricerca scientifica.
