本发明涉及一种用于调制传递函数检测的灰度余弦分布光学目标模拟装置，属于光学系统像质评价技术领域，该装置包括照明光源、窄带滤光片、平场显微物镜、针孔分划板、第一光学准直系统、偏振分束镜、可调光密度板、第一标准平面反射镜、第二标准平面反射镜、分束镜、标定相机、耦合物镜、第二光学准直系统、高精度位移调整台和控制器。本发明所提出的用于调制传递函数检测的灰度余弦分布光学目标模拟装置可以准确模拟空间频率和调制度均与待测光学系统匹配的灰度余弦分布目标，以该灰度余弦分布目标作为输入实现待测光学系统的MTF检测，不仅符合MTF的原始定义，而且可直接测量出待测光学系统的MTF，无需后续的数据处理，从而提高MTF检测的精度和效率。