zemax的MTF操作数优化方法

EMAX怎样优化MTF？

(2010-04-14 22:28:00)

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标签： 杂谈

什么是MTF？

MTF即调制传递函数是描述一个光学系统很重要的方法。在成像光学系统中运用傅立叶理论的目的就是让MTF能描述图像中所要观察的空间频率场的对比度。

位图分析窗口显示了三个孩子的图像的部分，展示了“好的”图像质量：但是好到底是怎样的好法？各种线图像的对比度提供了成像质量的定量数据。MTF描述了物体调制度向图像调制度转化关于空间频率的函数，通常用于指定镜头的性能，设计中的优化以及公差分析目标。

该镜头的MTF曲线显示了一直到该镜头支持的最大空间频率的对比度。显示的参考曲线是有着相同f/#的零像差衍射受限镜头的性能。一旦你熟悉了MTF曲线，你就可以看一下就能估计成像质量。

怎样优化MTF？

MTF响应是波前差的函数，并且当RMS波前差趋于零时，MTF接近它的衍射受限性能。因此，默认的RMS波前评价函数是一个很好的出发点。然后，如果需要对系统性能做最终的调整，你可以转化到外部MTF优化操作数，例如MTFA或GMTA。

MTF计算比波前计算花费的时间长，因此初始波前优化是首选。另外，当系统性能不好时，直接的MTF优化可能停滞。例如，如果该页上的成像镜头是简单的离焦，MTF可能降为零然后再升高，如下所示。这就是伪分辨率，并可能导致局部优化停滞，因为MTF在它可能变坏之前必须变好。尽管锤优化和全局搜索可以处理这个问题，但最好优化波前差直到所有所需的空间频率在MTF曲线的第一个极小值内。

衍射和几何MTF计算

用一个35mmSLR像机镜头在全孔径下成像，f/1.8。镜头像差在全孔径时是最大的。在镜头缩小光圈时，像差会减小并且成像质量会提高（例如，光圈缩小1会将球差缩小16倍）。

成像质量不会一直提高：在孔径的某些设置上，孔径的衍射会阻止成像质量的提高。

ZEMAX提供了两个MTF计算，称为几何和衍射MTF。（第三个计算，惠更斯MTF超出了本文的范围，但在ZEMAX的用户手册上有讨论）。
使用几何MTF的主要优点是在用于大像差系统（例如10个波数）中，在这种系统中衍射MTF需要很高的采样才能精确计算。
几何MTF对大像差系统非常精确，甚至能考虑光学面的散射，散射会增加本底照明从而使MTF下降。
当衍射效应明显示应该使用衍射计算。