MTF 차트는 다양한 렌즈의 성능을 비교할 수 있는 정량적이고 표준화된 방법입니다.따라서 MTF 차트는 광학 기기 설계를 위한 측정 도구로 효과적입니다.

엔지니어는 설계 프로세스 중에 렌즈 제조업체에 MTF 차트를 요청합니다.예를 들어, 저희는 최근 세포 분석기, DNA 시퀀서, 슬라이드 스캐너 또는 산업용 검사 장비를 설계하는 엔지니어로부터 광학 MTF 차트에 대한 요청을 많이 받았습니다.고객이 최상의 광학 시스템을 설계할 수 있도록, 이 게시물에서는 MTF 차트를 사용하는 다양한 방법을 설명합니다.

MTF 차트의 예와 읽는 방법

아래 그림 2는 MTF 차트의 예를 보여줍니다.시야각은 고정되어 있고 가로축은 공간 주파수를 나타내며 세로축은 대비를 나타냅니다.이 차트는 30lp/mm의 공간 주파수에서 이 렌즈로 50% 대비를 달성할 수 있음을 보여줍니다.

그림 2.대비와 공간 주파수를 비교하여 보여주는 MTF 차트의 예.

MTF 차트는 방사 방향과 동심원 방향의 곡선도 표시할 수 있습니다.이 곡선은 대비가 이미지 중심으로부터 거리에 따라 어떻게 변하는지를 보여줍니다.

• Sagittal은 방사 방향(이미지 중앙에서 모서리 방향)의 성능을 나타냅니다.
• Meridional은 동심 방향(원형)의 성능을 나타냅니다.

대부분의 렌즈에서 대비는 가장자리보다 시야 중앙에서 일반적으로 더 높습니다.방사 방향과 동심원 방향에서 대비는 축외 수차(즉, 여러 시야각 포인트의 광학 오류)의 영향 때문에 변경됩니다.코마와 비점 수차를 예로 들 수 있습니다.

일반적으로 유사한 방사 및 동심원 특성은 더 균일한 이미지를 만듭니다.MTF 차트에서 방사 및 동심원 곡선이 서로 가까워지면 이미지가 X축(가로)과 Y축(세로) 모두에서 더 균일한 이미지 성능을 갖게 됩니다.간격이 커지면 일반적으로 이미지가 균일하지 않고 수차가 발생합니다.이상적으로는 더 균일한 이미지 성능을 위해 곡선이 서로 더 가까운 것이 좋습니다.

광학 기기 설계에 MTF 차트를 사용하는 5가지 방법

광학 기기를 설계할 때 엔지니어는 모든 요구 사항을 충족하는 최종 시스템을 구축하기 위해 많은 구성 요소를 최적화해야 합니다.예를 들어, 현미경 기반 이미징 장치의 광학 시스템에는 대물렌즈, 튜브렌즈 및 카메라 어댑터가 포함되어 있습니다.MTF 차트는 시스템 전체에서 사용되는 대물렌즈 및 기타 광학 장치의 성능을 평가하는 객관적인 방법입니다.

1. 이상적인 회절 한계에 대한 광학 성능 비교

회절 한계는 광학 시스템에서 해상도의 절대 한계를 나타냅니다.회절 한계값을 렌즈 시스템의 MTF와 비교하면 렌즈 시스템의 성능이 이론 값에 얼마나 가까운지를 확인할 수 있습니다.

MTF 차트는 이상적인 광학 시스템과 구성된 시스템의 차이점을 한눈에 보여줍니다.예를 들어, 두 광학 시스템의 MTF를 비교한다고 가정하겠습니다(그림 3).시스템 1은 회절 한계 값에 더 가깝기 때문에 시스템 2보다 성능이 더 높음을 알 수 있습니다.

그림 3.두 광학 시스템의 MTF 곡선.두 시스템을 나란히 비교하면 어떤 시스템이 회절 한계에 더 가까운지 확인할 수 있습니다.

2.여러 대물렌즈의 성능 비교

MTF는 특정 공간 주파수에서 대비가 더 높은 렌즈를 보여주기 때문에 다양한 대물렌즈의 성능을 비교할 때 좋은 지표입니다.앞서 언급했듯이, 대비가 높을수록 이미지 성능이 더 좋습니다. MTF 차트를 사용하면 어떤 MTF 곡선이 더 높은지 시각적으로 확인할 수 있으므로 광학 장치의 대비를 쉽게 비교할 수 있습니다.

아래의 MTF 차트(그림 4)를 예로 들어 보겠습니다.광학 장치 A의 곡선이 더 높기 때문에 광학 장치 A의 MTF 성능이 광학 장치 B의 MTF 성능보다 우수함을 알 수 있습니다.이 시각적 정보는 고객의 시스템 설계에 적합한 대물렌즈를 선택하는 데 도움이 됩니다.

그림 4.두 가지 대물렌즈의 MTF 곡선.광학 장치 A는 광학 장치 B보다 곡선이 높으므로 광학 성능이 더 우수함을 나타냅니다.

3.시야각의 여러 초점 위치에서 MTF 결정

MTF 차트는 축상 초점 위치와 축외 초점 위치 간의 MTF 차이를 나타내 광학 장치가 초점 이탈에 얼마나 민감한지를 보여주기도 합니다.

• 축상 초점 위치는 선명하고 초점이 맞는 이미지를 제공하는 시야각의 중심을 나타냅니다.
• 축외 초점 위치는 시야각 가장자리의 위치를 나타냅니다.

아래 그림 5를 예로 들어 보겠습니다.축상 초점 위치의 MTF는 60%이고 축외 초점 위치의 MTF는 40%입니다.축외 MTF가 20% 저하된 것을 확인할 수 있습니다.허용되는 수치는 적용 분야에 따라 다릅니다. 허용되지 않는 수치가 나오면 설계를 변경하거나 다른 광학 부품으로 전환하는 것이 좋습니다.

이상적으로는 초점이 맞는 이미지를 생성하기 위해 축외 위치의 MTF 곡선이 축상 위치의 MTF 곡선에 최대한 가까워야 합니다.축상 곡선과 축외 곡선 간의 간격(아래 그림 5 참조)은 수차로 인한 초점 이탈 문제를 나타냅니다.

그림 5.시야각에 있는 여러 초점 위치(곡선의 정점)의 MTF 곡선.축상 곡선과 축외 곡선 간의 간격은 초점 이탈 문제를 나타냅니다.

4.센서의 이상적인 이미지 높이 결정

이미지 높이는 이미지의 중심에서 가장자리까지의 거리입니다.MTF 차트를 사용하면 광학 시스템의 센서 위치에서 이상적인 이미지 높이를 시각적으로 결정할 수 있습니다. 또한 축상 및 축외 센서 위치 간의 성능 차이를 확인할 수 있습니다.

아래 그림 6에서 예를 보여줍니다.센서 중심 및 축외 위치의 MTF를 살펴보세요.중심 위치의 MTF는 70%입니다. 중심으로부터 5mm 지점에서 동심원의 MTF는 50%입니다. 일반적으로 중심에서 멀어질수록 축외 수차의 영향으로 인해 MTF가 더 나빠집니다. 이 예에서 동심원의 MTF는 중심으로부터 10mm에서 20%가 됩니다. 최적의 성능을 위해 시스템을 구축하는 동안 해당 분야에 필요한 이미지 높이의 MTF를 확인하세요.

그림 6.다양한 이미지 높이의 MTF 차트.MTF는 중심에서 멀어질수록 더 나빠집니다.

5.시스템 내의 여러 광학 구성 요소에 대한 MTF 비교

MTF 차트를 사용하는 또 다른 유용한 방법은 대물렌즈와 튜브렌즈 같은 시스템 내 다양한 광학 부품의 MTF를 확인하는 것입니다.이렇게 하면 어떤 광학 부품으로 인해 MTF가 저하되는지 확인할 수 있습니다.이 정보를 사용하면 부품을 조정하여 시스템에 필요한 최적의 성능을 얻을 수 있습니다. 예를 들어, 대물렌즈 단독, 튜브렌즈 단독, 대물렌즈와 튜브렌즈를 결합한 광학 시스템의 MTF를 계산할 수 있습니다.

그림 7.대물렌즈(왼쪽)와 튜브렌즈(오른쪽)의 MTF 차트.

그림 8.대물렌즈와 튜브렌즈의 결합된 광학 성능을 보여주는 MTF 차트.

MTF 차트 고려 사항 및 추가 자료

MTF 차트 사용 방법은 결국 기기의 용도에 따라 달라집니다.예를 들어 MTF는 단일 파장(단색광) 또는 백색광에 대해 계산할 수 있습니다.형광 또는 다광자 이미징을 위한 레이저 기반 분야에서는 단일 파장에 대한 MTF 데이터가 필요할 수 있습니다.일반 이미징 분야에서는 백색광에 대한 MTF 데이터가 필요할 수 있습니다.

MTF에 대한 또 다른 중요한 고려 사항은 센서입니다.MTF로 광학 시스템을 평가할 때 최적의 픽셀 피치와 Nyquist 주파수를 가진 센서를 선택해야 합니다.자세한 내용은 백서, 현미경 카메라를 선택할 때 고려해야 할 사항을 참조하세요.

MTF 차트 및 데이터에 대해 궁금한 점이 있으십니까?언제든지 당사 전문가에게 문의하여 도움을 받으세요.

참고: Evident는 NDA(기밀 유지 계약) 조건에 따라 MTF 데이터를 공개합니다.이 데이터를 사용하여 더 높은 광학 성능을 가진 광학 시스템을 구축할 수 있습니다.

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