使用对比度优化提升MTF性能

直观的观察对比度优化的结果更有利于理解优化的方法。在OpticStudio 17.5版本中加入的对比度损失图工具可以使用户观察光瞳中哪部分光线对MTF的影响最大。其中，较大的圆圈表示光瞳中造成MTF降低较多的区域。每个圆圈的大小可用下式表示：

其中，[q(x)-q(x-d)]表示位移的光线与没有位移的光线之间的相位差。当相位差为零时，圆的半径为零。当相位差为90°时，圆的半径为1/2，相位差为180°时，圆的半径为1。每个圆圈内的指针表示平均相位：[q(x)-q(x-d)]/2，因此可以从图中看出波前的形状。

双高斯镜头示例

使用双高斯镜头的优化案例，可以很好的展示对比度优化工具相比波前优化工具，其在优化速度以及优化稳定性上的优势。我们将从标准的双高斯镜头设计开始。以多个平行平板作为系统的初始结构，在最后一个面的曲率半径上设置求解类型为F数，使系统F数为3。系统在可见光波段下进行设计，入瞳直径为33.3mm。

其余表面的曲率半径和厚度被设置变量，使用阻尼最小二乘法进行优化。分别使用三种评价标准进行优化：以RMS波前差为准；使用对比度优化；直接对MTF进行优化。从下表给出的结果中可以看出，对比度优化的优化速度与RMS波前优化基本相同。

*由于系统初始结构的性能很差，直接对MTF进行优化很难得到很好的结果。因此在尝试直接优化MTF前，先对RMS光斑大小 (RMS Spot Size) 进行了优化。

对比度优化和RMS波前优化得到的结果非常类似。其中一个优化后的系统布局图和相应的MTF曲线如下所示：