概述

在17.5版本中，OpticStudio加入了對比度優(yōu)化 (Contrast Optimization) 工具。它可以在指定的空間頻率上，對系統(tǒng)的MTF進行穩(wěn)定和高效的優(yōu)化。該方法通過降低指定空間頻率下，光瞳偏移引起不同光束間的波前差，以使系統(tǒng)的MTF最大化。并且，使用高斯求積法來確定光線的采樣以保證計算效率。本文通過幾個示例展示了該優(yōu)化工具的優(yōu)點。

介紹

對于成像系統(tǒng)來說，成像質量通常使用指定空間頻率下的MTF來描述。特別是對于使用數(shù)字化探測器的系統(tǒng)，系統(tǒng)成像質量不需要超過一定的空間頻率，并且空間頻率的中頻范圍的性能對成像質量的影響更多。

直接對MTF進行優(yōu)化是比較困難的，并且計算MTF的運算量很高。在設計的早期階段，系統(tǒng)的MTF往往表現(xiàn)得很差，因此在系統(tǒng)接近最終結構之前，需要使用其他的優(yōu)化工具。

使用對比度優(yōu)化工具可以很大程度的解決這些問題。相比計算完整的MTF，對比度優(yōu)化工具只計算出瞳上指定空間頻率的MTF的相位差。這個值可以被用來構建優(yōu)化中的評價函數(shù)，并且與對應的MTF差距很小。 使用對比度優(yōu)化工具相比直接優(yōu)化MTF，具有更快的優(yōu)化速度，優(yōu)化后的系統(tǒng)性能也更出色。

對比度優(yōu)化的默認評價函數(shù)

OpticStudio的專業(yè)版和旗艦版用戶可以使用上節(jié)中介紹的對比度優(yōu)化工具建立默認的評價函數(shù)對MTF進行優(yōu)化。在優(yōu)化向導中，用戶可以選擇優(yōu)化函數(shù)的評價標準為“對比度 (Contrast)”，并指定空間頻率以及設置子午和弧失方向的權重來完成默認評價函數(shù)的設置。優(yōu)化向導使用操作數(shù)MECS和MECT來創(chuàng)建的評價函數(shù)，這兩個操作數(shù)一般成對使用。操作數(shù)MECS會追蹤三條光線：一條沒有移位的光線，一條在光瞳中的弧失方向位移為d的光線，以及一條在光瞳中子午方向位移為d的光線。 然后，操作數(shù)MECS將計算并返回弧矢方向光線對的光程差 (OPD)。操作數(shù)MECT將計算返回子午方向光線對的光程差。

光線可以使用簡單的網(wǎng)格或高斯求積發(fā)來分布，以使用最少數(shù)量的光線對光瞳進行有效地采樣。對比度優(yōu)化會嘗試將操作數(shù)MECS和MECT返回的波前差優(yōu)化為零。這將使光瞳中的偏移d所對應的空間頻率處的MTF最大化。

這個評價函數(shù)比傳統(tǒng)的MTF優(yōu)化函數(shù)包含更多的信息。傳統(tǒng)的MTF優(yōu)化函數(shù)只包含兩個操作數(shù)：弧矢方向的MTF值和子午方向的MTF值。當優(yōu)化改變系統(tǒng)變量的值時，MTF值可以升高也可以降低，但是優(yōu)化器無法理解這些值升高或降低的原因，或者光瞳中哪部分光線是存在問題的。在對比度優(yōu)化中，優(yōu)化器可以獲得更多的優(yōu)化信息。 它可以“看到”光瞳的哪部分光線對MTF的影響最大。

對比度損失圖