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MTF计算

工程师
2023-03-27 17:20:54     打赏
描述
FRED可以计算一个给定系统的MTF,本教程解释了如何来实现这个功能。
 建立系统
这篇文章中我们所使用的系统是一个简单的透镜,将光聚集到附着在几何面的分析面上。透镜是一个简单的双凸BK7单透镜,参数为r1=60 mm, r2=-300 mm, ct=4 mm, x semi-aperture=10, y semi-aperture=10,该透镜的像平面位于近轴焦点处。

 光线聚焦的几何面是一个简单的表面,它的位置规范与透镜的第二个面是一致的,并且在Z轴方向移动94.591622 mm。                             光源是一个44*44格的相干光,类型是single direction(plane wave)单一方向的平面波,波长为0.55 μm,功率为一个单位。 






     分析
 这个系统的点扩散函数:  •    Log (Normal PSF)•    λ = 0.55 mm•    0.32 waves 3rd order spherical•    EPD = 10 mm•    f/# = 9.68点扩散函数如下图:

       系统的点扩散函数是:•     Log (Normal PSF)•     λ = 0.55 mm•     1 wave 3rd order spherical•     EPD = 13.31 mm•     f/# = 7.27点扩散函数如下图:

 演算
 为了充分采样透镜的空间频率直到截止频率,分析面的最小半宽需满足以下要求:          

 在这个等式中变量定义如下:•     Nx == number of pixels in the analysis plane for the irradiance spread function (PSF)(分析面的像素数用于照度分布函数)•     w == half width of the analysis plane for the irradiance spread function (PSF)(分析面的半宽度用于照度分析函数)•     Δx == pixel size in lens units(透镜的像素大小单位)= 2w/Nx •     Nf == number of pixels in the transform grid(在转换网格中的像素数);•    the transform grid must have 2n x 2n pixels(转换网格一定要有2n x 2n个像素) (i.e. ...16, 32 , 64, 128, 256, 512, ...)•   FRED automatically sizes the transform grid so that it is 2n x 2n. Its size is the smallest grid for which Nf is greater than or equal to Nx(FRED自动规定转换网格的尺寸保证它的大小为2n x 2n。它的大小是最小的网格,Nf应大于等于Nx)•    if Nx = 127, then FRED makes Nf = 128(如果Nx=127,FRED就将Nf 设置为128)•    if Nx = 128, then FRED makes Nf = 128•    if Nx = 129, then FRED makes Nf = 256•    Δf == pixel size in 1/lens units (1个透镜单元的像素大小)= 1/(Nf*Dx)•     λ == wavelength in lens units(透镜单元的波长)•     F == focal length(焦距)•     D == entrance pupil diameter(入瞳直径)
 比较
 在下图中:透镜EPD=10mm截止频率=184lp/mm图像平面网格=128*128像素,在X和Y方向上的全宽度为0.348mm*0.348mm。    在下面的图表中:透镜EPD=13.31 mm截止频率=250 lp/mm图像平面网格=128*128像素,在X和Y方向上的全宽度为0.256mm*0.256mm    

杂散光对评价函数的影响 增加第一表面的BTDF函数,TIS=0.27,表面粗糙度为:90埃

 则可以看到表面粗糙对MTF的影响:




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