描述
FRED可以計(jì)算一個(gè)給定系統(tǒng)的MTF,本教程解釋了如何來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能。
建立系統(tǒng)
這篇文章中我們所使用的系統(tǒng)是一個(gè)簡(jiǎn)單的透鏡,將光聚集到附著在幾何面的分析面上。透鏡是一個(gè)簡(jiǎn)單的雙凸BK7單透鏡,參數(shù)為r1=60 mm, r2=-300 mm, ct=4 mm, x semi-aperture=10, y semi-aperture=10,該透鏡的像平面位于近軸焦點(diǎn)處。
光線聚焦的幾何面是一個(gè)簡(jiǎn)單的表面,它的位置規(guī)范與透鏡的第二個(gè)面是一致的,并且在Z軸方向移動(dòng)94.591622 mm。
光源是一個(gè)44*44格的相干光,類型是single direction(plane wave)單一方向的平面波,波長(zhǎng)為0.55 μm,功率為一個(gè)單位。
分析
這個(gè)系統(tǒng)的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù):
• Log (Normal PSF)
• λ = 0.55 mm
• 0.32 waves 3rd order spherical
• EPD = 10 mm
• f/# = 9.68
點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)如下圖:
系統(tǒng)的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)是:
• Log (Normal PSF)
• λ = 0.55 mm
• 1 wave 3rd order spherical
• EPD = 13.31 mm
• f/# = 7.27
點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)如下圖:
演算
為了充分采樣透鏡的空間頻率直到截止頻率,分析面的最小半寬需滿足以下要求:
在這個(gè)等式中變量定義如下:
• Nx == number of pixels in the analysis plane for the irradiance spread function (PSF)(分析面的像素?cái)?shù)用于照度分布函數(shù))
• w == half width of the analysis plane for the irradiance spread function (PSF)(分析面的半寬度用于照度分析函數(shù))
• Δx == pixel size in lens units(透鏡的像素大小單位)= 2w/Nx
• Nf == number of pixels in the transform grid(在轉(zhuǎn)換網(wǎng)格中的像素?cái)?shù));
• the transform grid must have 2n x 2n pixels(轉(zhuǎn)換網(wǎng)格一定要有2n x 2n個(gè)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自動(dòng)規(guī)定轉(zhuǎn)換網(wǎng)格的尺寸保證它的大小為2n x 2n。它的大小是最小的網(wǎng)格,Nf應(yīng)大于等于Nx)
• if Nx = 127, then FRED makes Nf = 128(如果Nx=127,F(xiàn)RED就將Nf 設(shè)置為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個(gè)透鏡單元的像素大。= 1/(Nf*Dx)
• λ == wavelength in lens units(透鏡單元的波長(zhǎng))
• F == focal length(焦距)
• D == entrance pupil diameter(入瞳直徑)
比較
在下圖中:
透鏡EPD=10mm
截止頻率=184lp/mm
圖像平面網(wǎng)格=128*128像素,在X和Y方向上的全寬度為0.348mm*0.348mm。
在下面的圖表中:
透鏡EPD=13.31 mm
截止頻率=250 lp/mm
圖像平面網(wǎng)格=128*128像素,在X和Y方向上的全寬度為0.256mm*0.256mm
雜散光對(duì)評(píng)價(jià)函數(shù)的影響
增加第一表面的BTDF函數(shù),TIS=0.27,表面粗糙度為:90埃
則可以看到表面粗糙對(duì)MTF的影響:
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