Пиксели в ОЭН

Как правило, в процессе проектирования КС ОЭН конкретные значения относительного фокусного расстояния и размера пикселя заданы некоторым рядом значений (уже реализованных в конкретных технических аналогах). Поэтому возникает вопрос, насколько могут ухудшиться показатели качества системы, если соотношения размеров кружка Эри и пикселя приемника не будут строго удовлетворять необходимым условиям.

Расположение одного пикселя в радиусе кружка Эри для ОЭК обусловлено тем, что для типичного современного приемника изображения с размером чувствительного элемента 5—10 мкм выполнение необходимого условия ведет к существенному удлинению эквивалентного фокусного расстояния и, соответственно, к увеличению массы и габаритов оптической системы.

При дальнейшем увеличении размера пикселя разрешение быстро становится недопустимо низким по сравнению с достижимым дифракционным пределом.

Наиболее наглядно влияние увеличения размера пикселя по сравнению с необходимым условием на ухудшение характеристик системы можно оценить по эквивалентной полосе пропускания S и нормированной разрешаемой пространственной частоте.

Размер элемента приемника изображения должен быть согласован с относительным фокусным расстоянием ОС (75). Диаметр объектива также определен требованием к разрешающей способности. В результате варьируемыми конструктивными параметрами остаются только относительное фокусное расстояние ОС и физический размер пикселя. Далее приводится метод выбора абсолютного значения размера пикселя и, следовательно, фокусного расстояние оптической системы.

В настоящее время наблюдается тенденция миниатюризации электронных компонентов, в частности уменьшение размера пикселя до нескольких микронов. Проводятся работы по созданию приборов с зарядовой связью (ПЗС) видимого диапазона с размером ячеек 2,4 мкм, а в перспективе до 2,0 мкм. Это теоретически могло бы позволить уменьшить габариты ОЭК за счет уменьшения относительного фокусного расстояния при том же диаметре объектива. Однако при этом могут быть ухудшены другие характеристики приемника изображения, например, контрастная чувствительность.

Рассмотрим более подробно характеристики контрастной чувствительности приемника изображения в зависимости от размера элемента. Для большинства современных матриц ПЗС собственные шумы накопления и считывания невелики и основным шумом является квантовый фотонный шум, СКО которого зависит от количества накопленных матрицей электронов.