概述

在17.5版本中，OpticStudio加入了對(duì)比度優(yōu)化 (Contrast Optimization) 工具。它可以在指定的空間頻率上，對(duì)系統(tǒng)的MTF進(jìn)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(jì)算效率。本文通過幾個(gè)示例展示了該優(yōu)化工具的優(yōu)點(diǎn)。

介紹

對(duì)于成像系統(tǒng)來說，成像質(zhì)量通常使用指定空間頻率下的MTF來描述。特別是對(duì)于使用數(shù)字化探測器的系統(tǒng)，系統(tǒng)成像質(zhì)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(duì)成像質(zhì)量的影響更多。

直接對(duì)MTF進(jìn)行優(yōu)化是比較困難的，并且計(jì)算MTF的運(yùn)算量很高。在設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)之前，需要使用其他的優(yōu)化工具。

使用對(duì)比度優(yōu)化工具可以很大程度的解決這些問題。相比計(jì)算完整的MTF，對(duì)比度優(yōu)化工具只計(jì)算出瞳上指定空間頻率的MTF的相位差。這個(gè)值可以被用來構(gòu)建優(yōu)化中的評(píng)價(jià)函數(shù)，并且與對(duì)應(yīng)的MTF差距很小。 使用對(duì)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(duì)比度優(yōu)化的默認(rèn)評(píng)價(jià)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(duì)比度優(yōu)化工具建立默認(rèn)的評(píng)價(jià)函數(shù)對(duì)MTF進(jìn)行優(yōu)化。在優(yōu)化向?qū)е校�用戶可以選擇優(yōu)化函數(shù)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為“對(duì)比度 (Contrast)”，并指定空間頻率以及設(shè)置子午和弧失方向的權(quán)重來完成默認(rèn)評(píng)價(jià)函數(shù)的設(shè)置。優(yōu)化向?qū)�使用操作�?shù)MECS和MECT來創(chuàng)建的評(píng)價(jià)函數(shù)，這兩個(gè)操作數(shù)一般成對(duì)使用。操作數(shù)MECS會(huì)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(jì)算并返回弧矢方向光線對(duì)的光程差 (OPD)。操作數(shù)MECT將計(jì)算返回子午方向光線對(duì)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(duì)光瞳進(jìn)行有效地采樣。對(duì)比度優(yōu)化會(huì)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(duì)應(yīng)的空間頻率處的MTF最大化。

這個(gè)評(píng)價(jià)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(gè)操作數(shù)：弧矢方向的MTF值和子午方向的MTF值。當(dāng)優(yōu)化改變系統(tǒng)變量的值時(shí)，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(duì)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(duì)MTF的影響最大。

對(duì)比度損失圖