行业新闻您现在的位置:首页 > 新闻资讯 > 行业新闻 > 光学设计者如何判断光学镜头的性能?
光学设计者如何判断光学镜头的性能?
浏览次数:209      发布于:2023-04-25
虽然像差曲线图可以很好地给光学设计者提供一个镜头的性能,但是通常,特别是对镜头的使用者或评定者,非常需要一个客观的标准。 调制传递函数(MTF)就是这样一个广泛使用的标准,其用于非相干光成像的评价,其关注的是像的对比度或锐度。 实际上,现代许多镜头直接以 MTF 性能来衡量好坏。 如图1所示,考虑一个光学系统对强度正弦分布的光栅成像。对于非相干光成像,可以看出,像的强度也是正弦分布,但是对比度下降。图1 一个光学系统的物像对比 MTF 是像的对比度除以物的对比度;很显然,它是空间频率的函数,在光学设计中经常使用 MTF 关于空间频率(通常单位是“线对/mm”)的函数图。深圳市华联欧国际贸易有限公司是欧美工业备品备件一站式服务商,货源充足,型号齐全,质量可靠,售后服务佳。专业原装行货,正品保证,欢迎来电咨询!所有产品售后有质保,并且有终身免费技术指导。我们有专业的客服团队,24小时进行服务。下面是深圳华联欧小编精心为大家推荐的产品科普一下光学设计者如何判断光学镜头的性能?,如果您喜欢可以继续阅读详细浏览一下去看看了解一下吧,关注收藏我们网址,每天为大家推送更多的干货!

虽然像差曲线图可以很好地给光学设计者提供一个镜头的性能,但是通常,特别是对镜头的使用者或评定者,非常需要一个客观的标准。

调制传递函数(MTF)就是这样一个广泛使用的标准,其用于非相干光成像的评价,其关注的是像的对比度或锐度。

实际上,现代许多镜头直接以 MTF 性能来衡量好坏。

如图1所示,考虑一个光学系统对强度正弦分布的光栅成像。对于非相干光成像,可以看出,像的强度也是正弦分布,但是对比度下降。

图1 一个光学系统的物像对比

MTF 是像的对比度除以物的对比度;很显然,它是空间频率的函数,在光学设计中经常使用 MTF 关于空间频率(通常单位是“线对/mm”)的函数图。

光学传递函数的定义为:

严格来说,我们应该区分光学传递函数(OTF)和调制传递函数(MTF)。

OTF是一个矢量,其包括像的相位和振幅,其中振幅就是 MTF。

实际上,光学设计主要考虑的就是 MTF。而相位项,有时候也称为相位传递函数(PTF),表示实际正弦像相对理想正弦像的偏移,这个偏移用相位角随空间频率的变化函数表示。若相位超过 180°,那么 MTF 就可能是负的。这表示相位逆转,这种逆转会导致像的对比度也逆转。现实中,许多镜头的高频可能会出现这种情况。

1

理论

对于非相干光照明的系统,其 MTF 可以用线扩散函数的 Fourier transform 求得。通常,MTF是用这种方法求得。
但是可以用自相关积分来快速求解衍射 OTF:
其中,D(s)=OTF,A=光瞳区域,S是两个光瞳重叠区域,W波前像差,s是简化的空间频率,等于fλ/NA,NA是数值孔径。

2

几何近似

在几何光学近似中,我们假设λ接近于零,因此 MTF(子午方向)为:
这是对整个光瞳进行积分,实践上,可以用简单的求和来近似求解。

3

实际求解

因为我们不仅需要知道弧矢方向的,而且还需要知道子午方向的MTF,所以求解弧矢方向的 MTF 用下式:
而求解子午方向的 MTF 用下式:
追迹大量的(通常超过 100 条)光线是很方便的,但是求和计算的时候,只考虑实际通过系统的光线。我们还要对多种波长的光线进行追迹,求和时波长的权重可以不同。
很容易给几何 MTF 添加一个校正因子,只要把几何 MTF 乘以理想系统的衍射 MTF 就行。这样的结果使得几何 MTF,不仅在大像差系统是精确的,而且在小像差系统也是精确的。但是,对于中等像差,几何MTF 通常会给出令人失望的结果。
现在,我们要决定追迹多少环的光线。按图2的方式取光线,可以看出半圆中每个小区域的面积都相等。很容易看出,若有n环的光线, 则总光线数是2n 。当光学系统是对称的(关于子午y面对称),为了节约时间,程序不需要计算x负方向的光线。
图2 计算几何MTF的取线方式

4

衍射极限

有限光瞳口径的镜头对正弦物成像时,其衍射 MTF 的极限频率为:
例如对于一个f/2的镜头,其数值孔径NA为0.25,当波长λ是0.0005 mm时,截止频率为:
这个频率对应空间周期为 0.001 mm(1 μm)的光栅,但是注意,这个频率对应的 MTF值是零。对于 500 / cycles mm ,理想镜头的 MTF 约为 40% ,所以使用f/2,这是一个更为实际的频率。

5

ZEMAX里的MTF

用于 ZEMAX 里的 MTF,既作为一个评价工具,又作为一个优化手段。
上图中,总共有四条曲线,两条是子午MTF曲线,另两条是弧矢MTF曲线,其中0°视场的子午MTF曲线弧矢MTF曲线是重合的;而2°视场的子午MTF曲线弧矢MTF曲线差别比较大,这是因为,对于离轴情况下PSF变成了非对称的,导致了PSF沿着子午和弧矢方向的宽度和轮廓有所差别。所以与近轴(或几何)像卷积后,将导致两个方向上有一个差量。这同时意味着,在两个方向上,分辨率也是不同的。

(来源:网站,版权归原作者)

买工业品备件到华联欧!深圳市华联欧国际贸易有限公司秉承诚信、创新、服务、快捷的方式致力于提供高品质全方位的工厂电子,工业,机电类产品。依靠科技要求发展,不断为用户提供满意的高科技产品,是我们始终不变的追求。深圳华联欧以一流的产品质量和好的价格得到广大客户的好评,如您有任何工业产品采购需求需要请与我们联系,我们将尽全力为您服务,您的每一次询价我们都将倍加珍惜和重视。我们用专业的技术服务客户,力求精益求精,您的选择,就是我们的动力。以上就是关于《科普一下光学设计者如何判断光学镜头的性能?》的全部内容了,如果需要采购欧美工业备品备件,可以来深圳华联欧,价格美丽,欢迎询价采购,热线电话+86 0755 83233703。有关科普一下光学设计者如何判断光学镜头的性能?等产品内容就为大家介绍到这里了,感谢您的收看。
0755-83233703 3003467275 info@hlo-trade.com

SCHUNK